CN114585872A - 应变传感器和应变测量方法 - Google Patents

应变传感器和应变测量方法 Download PDF

Info

Publication number
CN114585872A
CN114585872A CN202080072607.4A CN202080072607A CN114585872A CN 114585872 A CN114585872 A CN 114585872A CN 202080072607 A CN202080072607 A CN 202080072607A CN 114585872 A CN114585872 A CN 114585872A
Authority
CN
China
Prior art keywords
strain
cylindrical cover
strain sensor
generating plate
pair
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202080072607.4A
Other languages
English (en)
Inventor
石冢宽之
仓岛清高
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
MinebeaMitsumi Inc
Original Assignee
MinebeaMitsumi Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by MinebeaMitsumi Inc filed Critical MinebeaMitsumi Inc
Publication of CN114585872A publication Critical patent/CN114585872A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B7/00—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques
    • G01B7/16—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques for measuring the deformation in a solid, e.g. by resistance strain gauge
    • G01B7/18—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques for measuring the deformation in a solid, e.g. by resistance strain gauge using change in resistance
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B7/00—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques
    • G01B7/16—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques for measuring the deformation in a solid, e.g. by resistance strain gauge
    • G01B7/18—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques for measuring the deformation in a solid, e.g. by resistance strain gauge using change in resistance
    • G01B7/20—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques for measuring the deformation in a solid, e.g. by resistance strain gauge using change in resistance formed by printed-circuit technique
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L1/00—Measuring force or stress, in general
    • G01L1/20—Measuring force or stress, in general by measuring variations in ohmic resistance of solid materials or of electrically-conductive fluids; by making use of electrokinetic cells, i.e. liquid-containing cells wherein an electrical potential is produced or varied upon the application of stress
    • G01L1/22—Measuring force or stress, in general by measuring variations in ohmic resistance of solid materials or of electrically-conductive fluids; by making use of electrokinetic cells, i.e. liquid-containing cells wherein an electrical potential is produced or varied upon the application of stress using resistance strain gauges
    • G01L1/2206—Special supports with preselected places to mount the resistance strain gauges; Mounting of supports
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L1/00—Measuring force or stress, in general
    • G01L1/20—Measuring force or stress, in general by measuring variations in ohmic resistance of solid materials or of electrically-conductive fluids; by making use of electrokinetic cells, i.e. liquid-containing cells wherein an electrical potential is produced or varied upon the application of stress
    • G01L1/22—Measuring force or stress, in general by measuring variations in ohmic resistance of solid materials or of electrically-conductive fluids; by making use of electrokinetic cells, i.e. liquid-containing cells wherein an electrical potential is produced or varied upon the application of stress using resistance strain gauges
    • G01L1/225—Measuring circuits therefor
    • G01L1/2262—Measuring circuits therefor involving simple electrical bridges
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L5/00—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes
    • G01L5/0004—Force transducers adapted for mounting in a bore of the force receiving structure
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L5/00—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes
    • G01L5/04—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes for measuring tension in flexible members, e.g. ropes, cables, wires, threads, belts or bands
    • G01L5/10—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes for measuring tension in flexible members, e.g. ropes, cables, wires, threads, belts or bands using electrical means

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)
  • Measurement Of Force In General (AREA)
  • Force Measurement Appropriate To Specific Purposes (AREA)

Abstract

设置于被测体的内部的应变传感器(100)具备：平板状的应变发生板(F)；应变仪(112)，粘贴于所述应变发生板；以及一对突出部(P1、P2)，沿着所述应变发生板的面内方向从所述应变发生板向两侧突出。在所述应变发生板的被所述一对突出部包夹的区域(SC)粘贴有所述应变仪。

Description

应变传感器和应变测量方法
技术领域
本发明涉及一种应变传感器和应变测量方法。
背景技术
已知一种在机床、例如冲压加工机等的结构体中配置应变传感器来进行加工力的测量的技术。
专利文献1公开了一种由螺栓和粘贴于该螺栓的应变仪构成的测力传感器。专利文献1还公开了：将该测力传感器规则地配置于冲压设备的板上，求出由于来自冲头的载荷而在板上产生的应力的分布。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利第6370005号说明书
发明内容
发明所要解决的问题
本发明的目的在于提供一种能高精度地测量被测体中产生的应变的应变传感器和应变测量方法。
用于解决问题的方案
根据本发明的第一方案，提供一种应变传感器，设置于被测体的内部，所述应变传感器具备：
平板状的应变发生板；
应变仪，粘贴于所述应变发生板；以及
一对突出部，沿着所述应变发生板的面内方向从所述应变发生板向两侧突出，
在所述应变发生板的被所述一对突出部包夹的区域粘贴有所述应变仪。
可以是，第一方案的应变传感器还具备：筒状罩，具有内周面，所述筒状罩以使所述一对突出部的顶部抵接于所述内周面的状态收容所述应变发生板和所述一对突出部，可以是，所述筒状罩设置为：通过被所述一对突出部按压，该筒状罩的外径变大。
可以是，在第一方案的应变传感器中，所述一对突出部与所述筒状罩在所述筒状罩的轴向上进行相对移动，由此所述筒状罩的外径变大。
可以是，在第一方案的应变传感器中，在所述筒状罩形成有沿着所述筒状罩的轴向延伸的狭缝。
可以是，在第一方案的应变传感器中，所述一对突出部形成为相对于所述筒状罩的轴呈对称。
可以是，在第一方案的应变传感器中，所述一对突出部的顶部相对于所述筒状罩的轴向呈锥形倾斜。
可以是，在第一方案的应变传感器中，所述筒状罩的内周面相对于所述筒状罩的轴向呈锥形倾斜。
可以是，第一方案的应变传感器还具备：连接部，以所述应变发生板和所述筒状罩能在所述筒状罩的轴向上进行相对移动的方式连接所述应变发生板和所述筒状罩。
可以是，第一方案的应变传感器还具备：方位调整辅助部，辅助所述被测体的内部的所述应变发生板的方位调整。
可以是，在第一方案的应变传感器中，所述应变仪具备：两个第一方向应变敏感元件，用于测量第一方向上产生的应变，所述第一方向是所述一对突出部从所述应变发生板突出的方向；以及两个第二方向应变敏感元件，用于测量在所述应变发生板的面内在第二方向上产生的应变，所述第二方向是与第一方向正交的方向，可以是，所述两个第一方向应变敏感元件和所述两个第二方向应变敏感元件构成惠斯通电桥电路。
根据本发明的第二方案，提供一种方法，对被测体的在测量方向上产生的应变进行测量，所述方法的特征在于，包括：
在所述被测体中形成沿着与所述测量方向正交的方向延伸的孔；
将第一方案的应变传感器插入所述孔的内部；以及
增大所述筒状罩的外径来使所述筒状罩的外周面抵接于所述孔的内周面。
发明效果
根据本发明的应变传感器和应变测量方法，能高精度地测量被测体中产生的应变。
附图说明
图1是本发明的实施方式的应变传感器的分解立体图。
图2是本发明的实施方式的应变传感器的立体图。
图3是板部的俯视图。
图4中，(a)是表示应变仪的一个例子的俯视图，(b)是表示应变仪的另一个例子的俯视图。
图5中，(a)、(b)是本发明的实施方式的应变传感器的沿着中心轴的剖视图。(a)表示通常的状态，(b)表示筒状罩被扩张从而筒状罩的直径变大的状态。
图6是设置有应变传感器的冲压加工机的概略图。
图7是表示本发明的实施方式的应变测量方法的步骤的流程图。
图8中，(a)至(c)是用于对应变测量方法的步骤进行说明的说明图。(a)表示模板中形成有测量孔的状态，(b)表示将应变传感器插入至测量孔的状态，(c)表示使应变传感器的外周面与测量孔的内周面紧密接触的设置完成状态。
图9中，(a)、(b)是用于对板部所具有的突出部的意义进行说明的说明图。(a)表示载荷X被施加于不具有突出部的比较方案的板部的情形，(b)表示载荷X被施加于具有突出部的板部的情形。
图10中，(a)至(c)分别是表示板部所具备的突出部的变形例的俯视图。
具体实施方式
＜实施方式＞
以将应变传感器100(图1、图2)嵌入于冲压加工机500(图6)的模板DP进行使用的情况为例，对本发明的实施方式的应变传感器100进行说明。
如图1、图2所示，实施方式的应变传感器100主要具有主体部10和罩部20。罩部20具有圆筒状的筒状罩21，主体部10的大部分收容于筒状罩21的内部。
在以下的说明中，将筒状罩21的中心轴设为应变传感器100的中心轴AX，将中心轴AX延伸的方向称为轴向。将主体部10的一部分(后述的小径圆筒部122)从筒状罩21突出的那一侧称为轴向后侧，将其相反侧称为轴向前侧。此外。将筒状罩21的径向、周向称为应变传感器100的径向、周向。
主体部10主要具有：应变检测部11；以及主体侧连接部12，连结于应变检测部11的轴向后侧。
应变检测部11具有：板部111；以及应变仪112，粘贴于板部111。
作为一个例子，板部111是由不锈钢等金属形成的大致十字形的平板。作为一个例子，板部111的厚度可以设为0.5mm～1.5mm左右，但不限于此，其为任意值。如图3所示，板部111包括：应变发生部F，在应变测量时受到来自外部的载荷而产生应变；以及一对突出部P1、P2，在应变测量时将来自外部的载荷传递给应变发生部F。
应变发生部F为矩形，其长尺寸方向与应变传感器100的轴向一致，其短尺寸方向与应变传感器100的径向一致。此外，中心轴AX穿过应变发生部F的短尺寸方向和厚度方向的中央部。
在应变发生部F的长尺寸方向的一端形成有开口A。开口A经由应变发生部F的短边与板部111的周围的空间连通。
突出部P1从应变发生部F的一方的长边向应变发生部F的短边方向(即，应变发生部F的面内方向)呈梯形突出。突出部P2从应变发生部F的另一方的长边向应变发生部F的短边方向呈梯形突出。突出部P1和突出部P2具有彼此相同的形状，设置为相对于中心轴AX呈线对称。
突出部P1、P2的顶部P1t、P2t分别以随着趋向应变传感器100的轴向的前侧，与应变发生部F的距离变大的方式，以相对于中心轴AX具有规定的倾斜角的方式沿着轴向延伸。由此，突出部P1、P2的顶部P1t、P2t形成相对于中心轴AX呈对称的锥形。
在应变发生部F的朝向径向的各面(图3中朝向与纸面正交的方向的面)的被突出部P1和突出部P2包夹的区域，划出应变集中区域(应力集中区域)SC。应变集中区域SC是在来自外部的载荷被施加于板部111时即使在应变发生部F中也会产生特别大的应变(和应力)的区域(详情在后文中阐述)。
如图4的(a)所示，应变仪112主要具有矩形的挠性基材B以及形成于挠性基材B之上的两个第一方向应变敏感元件SE1和两个第二方向应变敏感元件SE2。第一方向应变敏感元件SE1被设置为能感测在规定的第一方向(在此，为挠性基材B的长尺寸方向)上产生的应变，第二方向应变敏感元件SE2被设置为能感测在与第一方向正交的第二方向(在此，为挠性基材B的短尺寸方向)上产生的应变。
两个第一方向应变敏感元件SE1和两个第二方向应变敏感元件SE2以构成惠斯通电桥电路WSB的方式由印刷布线PW连接。
应变仪112以第一方向与应变发生部F的短尺寸方向(应变传感器100的径向)一致且第二方向与应变发生部F的长尺寸方向(应变传感器100的轴向)一致的方式粘贴于板部111的应变发生部F的一面侧的应变集中区域SC。
主体侧连接部12配合罩部20的罩侧连接部22(在后文中阐述)以主体部10和罩部20能在轴向上进行相对移动的方式连接主体部10和罩部20。
作为一个例子，主体侧连接部12由不锈钢等金属形成，包括：大径圆筒部121；以及小径圆筒部122，与大径圆筒部121同轴地连结于大径圆筒部121的轴向后侧。小径圆筒部122的外径比大径圆筒部121的外径小。大径圆筒部121和小径圆筒部122的中心轴与应变传感器100的中心轴AX一致。
如图5的(a)所示，大径圆筒部121的内孔121h和小径圆筒部122的内孔122h具有相同的直径，彼此连通而形成内孔12h。
在小径圆筒部122的外周面122c的整个区域形成有外螺纹MS。此外，在小径圆筒部122的后端部形成有D形切割部DC，D形切割面DCs在与中心轴AX平行的面内延伸。也可以是，在小径圆筒部112的后端部再形成一个在径向上与D形切割部DC对置的D形切割部，形成与D形切割面DCs平行的D形切割面。
应变检测部11与主体侧连接部12以应变检测部11的板部111的后缘固定于主体侧连接部12的大径圆筒部121的前表面的状态相互连结为一体。板部111以穿过大径圆筒部121的中心轴的方式与大径圆筒部121连接。在该状态下，板部111的应变发生部F的开口A与主体侧连接部12的内孔12h连通。
此外，应变检测部11和主体侧连接部12以板状的应变发生部F的朝向径向的表面(即，划出应变集中区域SC的面)与D形切割面DCs彼此朝向同一方向即相互平行的方式连结。
可以是，应变检测部11的板部111和主体侧连接部12是例如由不锈钢等金属圆棒通过切削而一体成型出的构件。
罩部20主要具有：圆筒状的筒状罩21；以及罩侧连接部22，以能转动的方式内插于筒状罩21的后端21r附近。
如图2和图5的(a)所示，筒状罩21配置于主体部10的径向外侧，覆盖应变检测部11的整体和主体侧连接部12的大部分。换言之，主体部10的应变检测部11的整体和主体侧连接部12的大部分收容于筒状罩21的内部。
作为一个例子，筒状罩21由不锈钢等金属形成。作为一个例子，筒状罩的外径可以设为5mm～30mm左右。
如图5的(a)所示，筒状罩21从后端21r向前端21f被划分为第一区域AR1、第二区域AR2、第三区域AR3这三个区域，各区域中内径不同。
在第一区域AR1和第二区域AR2的各区域内，内径恒定，第一区域AR1中的内径比第二区域AR2中的内径大。第三区域AR3中的内径随着从轴向后侧趋向前侧而逐渐变大。即，在第三区域，筒状罩21的内周面21i形成相对于中心轴AX呈对称的锥形。
在筒状罩21的周向的三处等间隔地形成有从前端21f向后方延伸的狭缝SL。各狭缝SL以遍及第三区域AR3的整个区域和第二区域AR2的大致前半部分区域的方式延伸。
罩侧连接部22配合主体部10的主体侧连接部12以主体部10和罩部20能在轴向上进行相对移动的方式连接主体部10和罩部20，。
作为一个例子，罩侧连接部22由不锈钢等金属形成。罩侧连接部22包括：小径圆筒部221；大径圆筒部222，与小径圆筒部221同轴地连结于小径圆筒部221的轴向后侧；以及卡合筒部223，与大径圆筒部222同轴地连结于大径圆筒部222的轴向后侧。小径圆筒部221、大径圆筒部222以及卡合筒部223的中心轴与应变传感器100的中心轴AX一致。
小径圆筒部221的外径比大径圆筒部222的外径小。
卡合筒部223是用与中心轴平行的面切下外周面223c的一部分从而形成了平面部223cf的大致圆筒状。在卡合筒部223的后端223r设有从平面部223cf沿着径向突出的长方体的卡合凸部EP。此外，在卡合筒部223的后端223r附近形成有一对D形切割部，D形切割面DC1s、DC2s以相互平行且与平面部223cf正交的方式在与中心轴AX平行的面内延伸。
如图5的(a)所示，小径圆筒部221的内孔221h、大径圆筒部222的内孔222h以及卡合筒部223的内孔223h具有彼此相同的直径，彼此连通而形成内孔22h。在划出内孔22h的内周面形成有内螺纹FS。
罩侧连接部22与筒状罩21同轴地插入至筒状罩21的后端21r附近，通过缺口环R防止脱落。在罩侧连接部22插入至筒状罩21的状态下，小径圆筒部221的整体、大径圆筒部222的整体以及卡合筒部223的前端附近收容于筒状罩21的内部，卡合筒部223的后端223r侧向筒状罩21的后侧突出。
具体而言，如图5的(a)所示，小径圆筒部221以小径圆筒部221的外周面抵接于筒状罩21的内周面21i的状态配置于筒状罩21的第二区域AR2。大径圆筒部222以大径圆筒部222的外周面抵接于筒状罩21的内周面21i的状态配置于筒状罩21的第一区域AR1。缺口环R配置于筒状罩21的后端21r附近的第一区域AR1，固定于筒状罩21。由此，罩侧连接部22以其轴向的移动被限制而只能进行旋转移动的状态保持于筒状罩21内。
将主体部10的主体侧连接部12的小径圆筒部122插入罩部20的罩侧连接部22的内孔22h来使外螺纹MS与内螺纹FS螺纹连接，由此主体部10与罩部20以能通过螺纹的作用在轴向上进行相对移动的方式同轴地连接。如此，由主体侧连接部12和罩侧连接部22，构成以主体部10和筒状罩21能在轴向上进行相对移动的方式连接主体部10和筒状罩21的连接部(连接机构)。
在主体部10和罩部20被连接且板部111收容于筒状罩21的内部的状态下，如图5的(a)所示，突出部P1、P2的顶部P1t、P2t分别在筒状罩21的第三区域AR3抵接于筒状罩21的内周面21i。
当在该状态下使罩侧连接部22旋转时，主体部10在轴向上移动。当使主体部10向轴向后侧移动时，突出部P1、P2向径向外侧挤压扩张筒状罩21，筒状罩21的外径变大(图5的(b))。
从粘贴于板部111的应变发生部F的应变仪112延伸的布线W(图8的(b)、图8的(c))穿过开口A、内孔12h，被拉出至应变传感器100的后方。需要说明的是，布线W在图8的(b)、图8的(c)以外的图中省略了图示。
接着，对使用实施方式的应变传感器100来测量冲压加工机500的模板DP中产生的应变的方法进行说明。
如图6所示，冲压加工机500具有：模板DP；模板保持器DH，保持模板DP；冲头PN；冲头保持器PH，保持冲头PN；以及多个引导柱GP，将冲头保持器PH支承为能相对于模板保持器DH进行上下移动。在使用冲压加工机500进行冲压加工时，为了进行被加工物的塑性加工、切断，冲头PN的压力被施加于模板DP上的被加工物。
如图7所示，本实施方式的应变测量方法包括：测量孔形成步骤S1，在模板DP中形成测量孔H，该测量孔H的内部用来设置应变传感器100；传感器设置步骤S2，在测量孔H的内部固定地设置应变传感器100；以及测量步骤S3，使用测量孔H的内部的应变传感器100来测量模板DP中产生的应变。
在测量孔形成步骤S1中，使用电钻等在模板DP中形成测量孔H。在本实施方式中，筒状罩21为圆筒，因此测量孔H优选设为具有比应变传感器100的外径略大的内径的圆孔。
如图8的(a)所示，测量孔H形成为以与产生作为测量对象应变的方向(测量方向MD)正交的方式延伸。在本实施方式中，将模板DP中产生的冲头PN的移动方向(即垂直方向)的应变设为测量对象，在模板DP中形成沿着水平方向延伸的测量孔H。
形成测量孔H的位置和测量孔H的数量可以根据测量目的任意设定。一般而言，通过在产生更大的作为测量对象的应变的位置形成测量孔H，能在产生更大的作为测量对象的应变的位置配置应变传感器100，能提高应变测量的精度。在冲压加工机500的模板DP中，产生最大的应变的位置通常为冲头PN按压模板DP的位置的正下方。
在传感器设置步骤S2中，首先，从前侧将应变传感器100插入至测量孔H的入口附近，考虑测量方向MD来调整板部111的方位。
具体而言，以使应变发生部F的朝向径向的面(划出应变集中区域的面)即粘贴有应变仪112的面与测量方向MD平行的方式进行板部111的方位的调整。通过如此配置板部111，在测量方向MD上，在应变发生部F的两侧配置有突出部P1、P2，能使用粘贴于应变发生部F的应变集中区域SC的应变仪112来更高精度地检测在测量方向MD上产生的应变(详情在后文中阐述)。需要说明的是，即使应变发生部F的粘贴有应变仪112的面相对于测量方向MD倾斜10°左右，也能以足够的精度进行应变检测。
板部111的方位的调整能使用形成于主体侧连接部12的小径圆筒部122的后端的D形切割面DCs来容易地进行。如上所述，应变检测部11与主体侧连接部12以使应变发生部F的朝向径向的面(划出应变集中区域SC的面)与D形切割面DCs相互平行的方式连结。因此，通过使D形切割面DCs与测量方向MD平行，能使应变发生部F的朝向径向的面与测量方向MD平行。即，D形切割部DC作为辅助板部111和应变发生部F的方位调整的方位调整辅助部发挥功能。
在调整了板部111的方位之后，将应变传感器100推入至测量孔H内的预定设置位置。推入中使用双层圆筒状的插入件50(图8的(b))。
插入件50包括：外侧圆筒51，其顶端部形成为能卡合于应变传感器100的罩侧连接部22的卡合凸部EP；以及内侧圆筒52，其顶端部形成为能卡合于应变传感器100的主体侧连接部12的D形切割部DC。
在使用插入件50来推入应变传感器100时，首先，使从应变仪112延伸的布线W穿过内侧圆筒52的内孔(或者内侧圆筒52与外侧圆筒51之间)。接着，在分别使内侧圆筒52的顶端部和外侧圆筒51的顶端部卡合于D形切割部DC和卡合凸部EP的状态下，将插入件50插入测量孔H内，将应变传感器100推入测量孔H。
在将应变传感器100推入至预定设置位置之后固定了内侧圆筒52的状态下，仅使外侧圆筒51旋转。由此，在主体部10的旋转被限制的状态下，罩侧连接部22旋转，主体部10相对于筒状罩21向后方移动。此时，应变检测部11的板部111的突出部P1、P2向径向外侧按压筒状罩21的内周面21i，由此筒状罩21的外径变大(图5的(b))，筒状罩21的外周面21c与划出测量孔H的内周面Hi紧密接触(图8的(c))。由于主体部10的旋转被限制，因此调整完成的板部111的方位得到维持。
通过筒状罩21的外周面21c与划出测量孔H的内周面Hi紧密接触，应变传感器100固定地设置于测量孔H的内部。此外，在该状态下，板部111的突出部P1、P2的顶面P1t、P2t与筒状罩21的内周面21i紧密接触，筒状罩21的外周面21c与划出测量孔H的内周面Hi紧密接触，因此模板DP中产生的应变会良好地传递至应变发生部F。因此，应变检测的精度提高。
在将应变传感器100固定地设置于测量孔H内之后，拆除插入件50，将布线W与控制装置CONT(图8的(c))连接。
在配置多个应变传感器100的情况下，同样地反复进行测量孔形成步骤S1和传感器设置步骤S2。
在测量步骤S3中，主要使用主体部10的应变检测部11和控制装置CONT来进行在模板DP的测量方向MD上产生的应变的测量。具体按照以下步骤。
当模板DP中产生了测量方向MD的应变时，设置孔H的直径变小，经由筒状箱体21，突出部P1、P2向应变发生部F被按压。由此，应变发生部F在测量方向MD上被压缩，应变发生部F中产生应变。应变发生部F中产生的应变具体而言为在测量方向MD(应变传感器100的径向)上产生的压缩应变和在与测量方向MD正交的方向(应变传感器100的轴向)上产生的拉伸应变。
粘贴于应变发生部F的应变集中区域SC的应变仪112使用两个第一方向应变敏感元件SE1和两个第二方向应变敏感元件SE2来检测在应变集中区域SC产生的应变。具体而言，两个第一方向应变敏感元件SE1的阻值因在测量方向MD上产生的压缩应变而发生变化，两个第二方向应变敏感元件SE2的阻值因在与测量方向MD正交的方向上产生的拉伸应变而发生变化。
由于这些阻值的变化，惠斯通电桥WSB所输出的输出电压的值发生变化。控制装置CONT基于经由布线W接收到的输出电压的值的变化，使用规定的运算式来求出模板DP中产生的应变的测量值。
在此，在本实施方式的应变传感器100中，应变检测部11的板部111具备从应变发生部F突出的突出部P1、P2的理由如下。
首先，如图9的(a)所示，考虑作为矩形板的应变发生部F0的长边侧的侧面以具有接触面积A0[mm2]的方式抵接于划出测量孔H的内周面Hi的方案。在该方案中，当模板DP中产生了测量方向MD的应变从而载荷X[N]被施加给应变发生部F0时，在应变发生部F0产生的压缩应力的大小为σ0＝X/A0[N/mm2]。
接着，如图9的(b)所示，考虑从矩形的应变发生部F1的长边突出的一对突出部P1的顶面以具有接触面积A1[mm2]的方式抵接于划出测量孔H的内周面Hi的方案。在该方案中，当模板DP中产生了测量方向MD的应变从而载荷X[N]被施加给应变发生部F1时，在被一对突出部P1包夹的应变发生部F1的区域SC1产生的压缩应力的大小为σ1＝X/A1[N/mm2]。
在此，当对接触面积的大小进行比较时，A1＜A0，因此压缩应力的大小为σ1＞σ0。并且，当将在作为矩形板的应变发生部F0产生的压缩应变设为ε0、将在应变发生部F1的区域SC1产生的压缩应变设为ε1时，根据胡克定律，构件中产生的压缩应变的大小与构件中产生的压缩应力的大小成比例，因此应变的大小ε1＞ε0。
如此，通过如本实施方式的板部111那样设置突出部P1、P2来减小与测量孔H的内周面Hi的接触面积，在突出部P1、P2之间会产生有较大的应变产生的部分(应变集中部、应力集中部)。通过在这样的应变集中部粘贴应变仪，能放大模板DP(被测体)中产生的应变来高灵敏度地检测该应变，因此能更准确地进行应变的检测和测量。
本实施方式的应变传感器100和应变测量方法的效果总结如下。
本实施方式的应变传感器100在板部111的应变发生部F的径向两侧设有突出部P1、P2，在应变发生部F的被突出部P1、P2包夹的应变集中区域SC粘贴有应变仪112。因此，能将模板DP等被测体中产生的应变通过因该应变而产生的应变集中部SC的较大的应变(放大后的应变)来高灵敏度地检测出来，因此能高精度地进行应变检测和应变测量。
本实施方式的应变传感器100可以设置于模板DP等被测体中形成的测量孔H的内部的产生较大的应变的位置。如此，通过形成测量孔H并在产生较大的应变的位置即能高灵敏度地进行应变检测的位置设置应变传感器100，能进一步提高应变检测和应变测量的精度。
本实施方式的应变传感器100具备能增大外径的筒状罩21。因此，通过利用板部111的突出部P1、P2按压筒状罩21来增大外径，能容易地实现板部111的突出部P1、P2、筒状罩21以及测量孔H的内周面Hi相互紧密接触的状态。通过在这样的状态下设置应变传感器100，模板DP等被测体中产生的应变会良好地传递至应变发生部F，因此能进一步提高应变检测和应变测量的精度。
特别是，在本实施方式中，突出部P1、P2的顶部P1t、P2t形成锥形，筒状罩21的内周面21i也形成锥形，因此突出部P1、P2与筒状罩21的内周面21i会良好地紧密接触。
在本实施方式的应变传感器100中，板部111具备应变发生部F，应变发生部F为板状。因此，能使用如下方案：在应变发生部F设置四个应变敏感元件，通过两个应变敏感元件来检测在测量方向MD上产生的压缩应变，通过剩下的两个应变敏感元件来检测在与测量方向MD正交的方向上产生的拉伸应变。采用这样的方案，能通过由该四个应变敏感元件构成惠斯通电桥来进一步提高应变检测和应变测量的精度。
＜变形例＞
在上述实施方式的应变传感器100中，也可以使用以下的变形方案。
在上述实施方式的应变传感器100中，突出部P1、P2分别在俯视下呈梯形，并通过顶部P1t、P2t形成锥形，但不限于此。突出部的形状为任意形状，例如，可以如图10的(a)所示的板部111a那样在应变发生部Fa的两侧具备俯视下呈矩形的突出部P1a、P2a，也可以如图10的(b)所示的板部111b那样在应变发生部Fb的两侧具备平面三角形的突出部P1b、P2b，也可以如图10的(c)所示的板部111c那样在应变发生部Fc的两侧具备大致正方形的突出部P1c、P2c。
此外，突出部P1、P2不一定要形成为与应变发生部F一体的板部，也可以是装配于板状的应变发生部F并从应变发生部F突出的圆柱状、棱柱状、球状等的突出部。
如此，突出部P1、P2也可以是被设置为以比应变发生部F与筒状罩21的内周面21i直接接触的情况小的接触面积抵接于内周面21i的任意突出部(即，朝向径向(应变发生板的面内方向、突出部的突出方向)的顶部的面积比朝向径向(应变发生板的面内方向、突出部的突出方向)的应变发生板的侧面的面积小的任意突出部)。此外，应变发生部F的两侧的一对突出部不一定是彼此相同的形状，也可以不以中心轴AX为中心对称。
在上述实施方式的应变传感器100中，将具备两个第一方向应变敏感元件SE1和两个第二方向应变敏感元件SE2的应变仪112粘贴于应变发生部F的单面，但不限于此。也可以将如图4(b)所示的具备单个第一方向应变敏感元件SE1和单个第二方向应变敏感元件SE2的应变仪112’以使第一方向应变敏感元件SE1、第二方向应变敏感元件SE2分别检测径向、轴向的应变的方式逐一粘贴于应变发生部F的双面，并连接两个应变仪112’来形成惠斯通电桥。
此外，不必仅通过设于应变发生部F的应变敏感元件来构成惠斯通电桥，也可以将只具备单个第一方向应变敏感元件SE1或单个第二方向应变敏感元件SE2的单片应变仪等任意的应变仪粘贴于应变发生部F的单面或双面。
在上述实施方式的应变传感器100中，筒状罩21为圆筒状，但不限于此。筒状罩21可以采用与轴正交的截面形状呈四边形的筒、多边形的筒等任意的筒状构件。
在上述实施方式的应变传感器100中，在筒状罩21中设置了多个狭缝SL来使筒状罩21的外径可变。然而不限于此，也可以只设置单个狭缝SL。
此外，也可以以不设置狭缝SL的方式使筒状罩21的外径可变。具体而言，例如，能通过使筒状罩的厚度充分地薄来构成外径根据从主体部10施加的内压而变大的筒状罩。
上述实施方式的应变传感器100设置为：将主体部10的突出部P1、P2的顶部P1t、P2t和罩部20的筒状罩21的内周面21i分别设为随着趋向轴向前侧而扩张的锥形，通过使主体部10相对于筒状罩21向后方移动来增大筒状罩21的外径。然而不限于此，也可以将主体部10的突出部P1、P2的顶部P1t、P2t和罩部20的筒状罩21的内周面21i分别设为随着趋向轴向后侧而扩张的锥形。根据该结构，通过使主体部10相对于筒状罩21向前方移动，筒状罩21的外径变大。
在上述实施方式的应变传感器100中，通过主体部10所具有的主体侧连接部12和罩部20所具有的罩侧连接部22，应变检测部11与筒状罩21以能相互进行相对移动的方式一体连接，但不限于此。
也可以省略主体侧连接部12和罩侧连接部22而采用在筒状罩21中以能与筒状罩21分离的状态收容有应变检测部11的应变传感器。在将这样的应变传感器设置于测量孔H内时，例如，在将应变传感器插入测量孔H内之后，使用规定的插入件来一边限制筒状罩21的移动一边将应变检测部11拉至跟前。由此，应变检测部11相对于筒状罩21在轴向上移动，筒状罩21的外径增大。
在上述实施方式的应变传感器100中，形成于主体部10的主体侧连接部12的D形切割部DC作为方位调整辅助部发挥功能，但不限于此。用于辅助板部111和应变发生部F的方位调整的构造为任意构造，例如可以是设于主体侧连接部12的小径圆筒部122的后端的凸部、花纹等标记。
上述实施方式的应变传感器100不一定要具备筒状罩21，例如，也可以仅由主体部10的应变检测部11构成应变传感器。
在将这样的应变传感器配置于测量孔H的内部的情况下，例如，将测量孔H形成为随着趋向里侧而直径变小的锥形，将应变传感器推入该锥形孔。
以上，以在冲压加工机500中的应用为例对实施方式和变形方案的应变传感器和应变测量方法进行了说明，但不限于此。实施方式和变形方案的应变传感器和应变测量方法可以用于与冲压加工机不同的任意机床，可以用于与机床不同的任意被测体。被测体不限于金属，可以是混凝土、树脂等任意材料。
具体而言，例如，如果将实施方式或变形方案的应变传感器预先嵌入于混凝土、树脂的内部并在必要的时间点使主体部10与罩部20进行相对移动来增大筒状罩的外径来测量此时的预载值(反作用力)，则能基于该测量值来测量混凝土、树脂的硬度。这样的硬度测量不仅可以应用于混凝土、树脂，还可以用于例如面包面团等食品。此外，通过将实施方式或变形方案的应变传感器预先嵌入于建筑物等并定期进行这样的硬度测量，能监视该建筑物等的经年老化。
也可以将实施方式或变形方案的应变传感器配置于水中来进行水压的测量。在该情况下，优选采用通过筒状罩来对主体部所具备的应变感测部进行密封的结构。
如果被测体中产生振动，则被测体内部的微小的位移会对应变传感器的输出带来影响，因此也能通过实施方式或变形方案的应变传感器来测量被测体中产生的振动。
也可以使用实施方式或变形方案的应变传感器来进行嵌合的确认。具体而言，例如，能将具备具有规定的外径的筒状罩的应变传感器插入孔中，基于此时测量到的应变的值是否恰当来判定孔的尺寸是否恰当。
也可以使用实施方式或变形方案的应变传感器来测量丝线、电缆的张力等。具体而言，例如，在架设丝线、电缆时，在实施方式或变形方案的应变传感器事先设置缠绕有该丝线、该电缆的部分，基于应变传感器的测量值来计算出丝线、电缆的张力。
只要维持本发明的特征，本发明不限于上述实施方式，在本发明的技术思想范围内想到的其他方式也包括在本发明的范围内。
附图标记说明
10：主体部；11：应变检测部；111：板部；112：应变仪；12：主体侧连接部；20：罩部；21：筒状罩；22：罩侧连接部；500：冲压加工机；DP：模板；F：应变发生部；P1、P2：突出部。

Claims (11)

1.一种应变传感器，设置于被测体的内部，其特征在于，具备：
平板状的应变发生板；
应变仪，粘贴于所述应变发生板；以及
一对突出部，沿着所述应变发生板的面内方向从所述应变发生板向两侧突出，
在所述应变发生板的被所述一对突出部包夹的区域粘贴有所述应变仪。
2.根据权利要求1所述的应变传感器，其特征在于，
还具备：筒状罩，具有内周面，所述筒状罩以使所述一对突出部的顶部抵接于所述内周面的状态收容所述应变发生板和所述一对突出部，
所述筒状罩设置为：通过被所述一对突出部按压，该筒状罩的外径变大。
3.根据权利要求2所述的应变传感器，其特征在于，
所述一对突出部与所述筒状罩在所述筒状罩的轴向上进行相对移动，由此所述筒状罩的外径变大。
4.根据权利要求2或3所述的应变传感器，其特征在于，
在所述筒状罩形成有沿着所述筒状罩的轴向延伸的狭缝。
5.根据权利要求2至4中任一项所述的应变传感器，其特征在于，
所述一对突出部形成为相对于所述筒状罩的轴呈对称。
6.根据权利要求2至5中任一项所述的应变传感器，其特征在于，
所述一对突出部的顶部相对于所述筒状罩的轴向呈锥形倾斜。
7.根据权利要求2至6中任一项所述的应变传感器，其特征在于，
所述筒状罩的内周面相对于所述筒状罩的轴向呈锥形倾斜。
8.根据权利要求2至7中任一项所述的应变传感器，其特征在于，
还具备：连接部，以所述应变发生板和所述筒状罩能在所述筒状罩的轴向上进行相对移动的方式连接所述应变发生板和所述筒状罩。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的应变传感器，其特征在于，
还具备：方位调整辅助部，辅助所述被测体的内部的所述应变发生板的方位调整。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的应变传感器，其特征在于，
所述应变仪具备：两个第一方向应变敏感元件，用于测量在第一方向上产生的应变，所述第一方向是所述一对突出部从所述应变发生板突出的方向；以及两个第二方向应变敏感元件，用于测量在所述应变发生板的面内在第二方向上产生的应变，所述第二方向是与第一方向正交的方向，
所述两个第一方向应变敏感元件和所述两个第二方向应变敏感元件构成惠斯通电桥电路。
11.一种测量在被测体的测量方向上产生的应变的方法，其特征在于，包括：
在所述被测体中形成沿着与所述测量方向正交的方向延伸的孔；
将如权利要求2至8中任一项所述的应变传感器插入所述孔的内部；以及
增大所述筒状罩的外径来使所述筒状罩的外周面抵接于所述孔的内周面。
CN202080072607.4A 2019-10-16 2020-09-29 应变传感器和应变测量方法 Pending CN114585872A (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2019-189700 2019-10-16
JP2019189700A JP7500176B2 (ja) 2019-10-16 2019-10-16 ひずみセンサ、及びひずみ測定方法
PCT/JP2020/036773 WO2021075251A1 (ja) 2019-10-16 2020-09-29 ひずみセンサ、及びひずみ測定方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN114585872A true CN114585872A (zh) 2022-06-03

Family

ID=75486095

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202080072607.4A Pending CN114585872A (zh) 2019-10-16 2020-09-29 应变传感器和应变测量方法

Country Status (4)

Country Link
EP (1) EP4047339A4 (zh)
JP (1) JP7500176B2 (zh)
CN (1) CN114585872A (zh)
WO (1) WO2021075251A1 (zh)

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH09159515A (ja) * 1995-12-05 1997-06-20 Yazaki Corp 荷重センサ及び荷重センサの製造方法
CN101231205A (zh) * 2007-01-24 2008-07-30 曼柴油机欧洲股份公司 气缸压力测量装置
CN201093998Y (zh) * 2007-10-16 2008-07-30 中航电测仪器股份有限公司 聚酰亚胺薄膜基底应变计
TW200921070A (en) * 2007-09-28 2009-05-16 Thk Co Ltd Detecting device and measuring apparatus
CN102395857A (zh) * 2009-04-14 2012-03-28 安普泰科电子韩国有限公司 位移传感器
CN106461477A (zh) * 2014-04-08 2017-02-22 松下知识产权经营株式会社 应变传感器以及使用了该应变传感器的载荷检测装置
JP3215728U (ja) * 2017-11-02 2018-04-12 土橋電業株式会社 応力センサー
CN108355194A (zh) * 2006-02-09 2018-08-03 德卡产品有限公司 用于分配流体的设备
JP2019045250A (ja) * 2017-08-31 2019-03-22 パラマウントベッド株式会社 身体支持装置

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3236532A1 (de) * 1982-10-02 1984-04-05 Philips Patentverwaltung Gmbh, 2000 Hamburg Kraftaufnehmer
JPS61284390A (ja) * 1985-06-11 1986-12-15 工業技術院長 触覚センサ
SU1401260A1 (ru) * 1986-06-24 1988-06-07 Проектный И Научно-Исследовательский Институт "Харьковский Промстройниипроект" Устройство дл определени внутренних деформаций в объектах
JP2736395B2 (ja) * 1990-03-19 1998-04-02 日本電子工業 株式会社 車輪作用力測定装置及び構造体の応力測定装置
DE102011119349A1 (de) * 2011-11-25 2013-05-29 Bizerba Gmbh & Co. Kg Verfahren zur Herstellung eines Dünnschichtsensorelements
JP6370005B2 (ja) 2016-11-28 2018-08-08 株式会社アデック 金型用荷重分布測定装置及びその製造方法

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH09159515A (ja) * 1995-12-05 1997-06-20 Yazaki Corp 荷重センサ及び荷重センサの製造方法
CN108355194A (zh) * 2006-02-09 2018-08-03 德卡产品有限公司 用于分配流体的设备
CN101231205A (zh) * 2007-01-24 2008-07-30 曼柴油机欧洲股份公司 气缸压力测量装置
TW200921070A (en) * 2007-09-28 2009-05-16 Thk Co Ltd Detecting device and measuring apparatus
CN201093998Y (zh) * 2007-10-16 2008-07-30 中航电测仪器股份有限公司 聚酰亚胺薄膜基底应变计
CN102395857A (zh) * 2009-04-14 2012-03-28 安普泰科电子韩国有限公司 位移传感器
CN106461477A (zh) * 2014-04-08 2017-02-22 松下知识产权经营株式会社 应变传感器以及使用了该应变传感器的载荷检测装置
JP2019045250A (ja) * 2017-08-31 2019-03-22 パラマウントベッド株式会社 身体支持装置
JP3215728U (ja) * 2017-11-02 2018-04-12 土橋電業株式会社 応力センサー

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
穆日敏;李鹏;秦晓楠;: "差动角位移传感器输出电压与结构关系的研究", 电子测量技术, no. 12, 15 December 2017 (2017-12-15) *

Also Published As

Publication number Publication date
JP2021063764A (ja) 2021-04-22
EP4047339A4 (en) 2023-11-15
JP7500176B2 (ja) 2024-06-17
EP4047339A1 (en) 2022-08-24
WO2021075251A1 (ja) 2021-04-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1907811B1 (en) Integrated pressure sensor with double measuring scale and a high full-scale value
US6204771B1 (en) Load indicating fastener systems method and apparatus
EP3176559B1 (en) Pressure sensor
WO2014107597A1 (en) Strain gages with discrete electrical resistance trimming
EP3128304B1 (en) Sensor substrate
EP2519802A2 (en) Device for measuring strain in a component
KR102215343B1 (ko) 역각 센서
CN114585872A (zh) 应变传感器和应变测量方法
US7392596B2 (en) Probe head
US20130233959A1 (en) Roll Arrangement
CN110281078B (zh) 一种镗刀片尖端多参数传感器
CN211262539U (zh) 一种弹簧触指抱紧力测试装置
CN101604649A (zh) 示教装置及示教方法
US7852191B2 (en) Sensor and manufacturing method thereof
JP6878668B2 (ja) 力覚センサ
JP2006184098A (ja) 感圧センサ
KR101383041B1 (ko) 기판형 변형 측정 센서 및 그 기판 몸체
CN111195831A (zh) 一种应变式集成化三维车削力传感器
CN107806808B (zh) 一种钢筋间距调准器
JP2006071506A (ja) 多軸力センサ
KR101416063B1 (ko) 변형 측정 센서, 그 구조물 및 제조방법
CN114354046B (zh) 一种同时测量螺栓轴力与弯曲应力的装置和方法
EP3546911A1 (en) Force sensor
CN114178906B (zh) 切削力测量装置
US20230095705A1 (en) Force sensing methods and apparatus

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination