CN114659682A - 应力传感装置和应力测试系统 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及一种应力传感装置及应力测试系统,所述装置包括:形变组件,包括形变部和与所述形变部连接的至少两个弹性杆,所述形变部用于在外部应力的作用下,发生沿着多个弹性杆轴向的形变;传感组件,包括多个传感应变片,多个所述传感应变片按照预设排布方式分别一一对应设置在所述形变部的多个形变区域,所述传感应变片用于接收所述形变部产生的所述形变,并根据所述形变输出形变信号,其中,所述形变信号至少包括各所述传感应变片的电阻变化量。采用本申请提供的应力传感装置可以沿着多个弹性杆的轴向方向对应变量进行测量并对外部应力进行分析,提高应力测量的准确度。
Description
技术领域
本申请涉及传感技术领域,特别是涉及一种应力传感装置和应力测试系统。
背景技术
沥青路面层间应变反映着路面安全行驶性能,影响着道路使用寿命。将传感器安装在弹性杆上,内置于路面层间,通过传感器的形变程度来分析路面状况是进行路面层间应变监测的有效手段。
通常,弹性杆一般为细长杆,在两端固定后,通过弹性杆将混凝土的应变传递至粘贴在弹性杆表面的应变片,进而实现测试。但此种方法只能测量单个方向的应力,不能实现同一位置处多个方向应力的同时测量,测试灵敏度低。
发明内容
基于此,有必要针对上述技术问题,提供一种能够多方向测量的应力传感装置和应力测试系统。
第一方面,本申请提供了一种应力传感装置,所述装置包括:
形变组件,包括形变部和与所述形变部连接的至少两个弹性杆,所述形变部用于在外部应力的作用下,发生沿着多个弹性杆轴向的形变;
传感组件,包括多个传感应变片,多个所述传感应变片按照预设排布方式分别一一对应设置在所述形变部的多个形变区域,所述传感应变片用于接收所述形变部产生的所述形变,并根据所述形变输出形变信号,其中,所述形变信号至少包括各所述传感应变片的电阻变化量。
在其中一个实施例中,所述形变部包括第一八角环和第二八角环,所述第二八角环位于所述第一八角环的中心区域,其中,多个所述形变区域分别对应设置在:
所述第一八角环上相对排布的多个第一形变面以及所述第二八角环上相对排布的多个第二形变面;其中,所述第一形变面和所述第二形变面的应变方向分别与所述弹性杆的轴向平行。
在其中一个实施例中,所述弹性杆包括第一弹性杆,所述第一八角环的外壁包括依次间隔排布的第一表面、第二表面、第三表面以及第四表面,所述第一弹性杆的第一弹性臂与所述第二表面抵接,所述第一弹性杆的第二弹性臂与所述第四表面抵接;多个所述第一形变面包括所述第一表面、所述第三表面以及分别与所述第一表面和所述第三表面一一对应的第一内壁和第三内壁。
在其中一个实施例中,各所述第一形变面上分别包括对应设置的两个所述传感应变片,所述第一形变面上的所述传感应变片的应变方向与所述第一弹性杆的轴向平行。
在其中一个实施例中,所述弹性杆还包括第二弹性杆,所述第二八角环的外壁包括依次间隔排布的第五表面、第六表面、第七表面以及第八表面,所述第二弹性杆的第一弹性臂与所述第五表面抵接,所述第二弹性杆的第二弹性臂与所述第七表面抵接;多个所述第二形变面包括所述第六表面、所述第八表面以及与所述第六表面和所述第八表面对应的第六内壁和第八内壁。
在其中一个实施例中,各所述第二形变面上分别包括对应设置的两个所述传感应变片,所述第二形变面上的所述传感应变片的应变方向与所述第二弹性杆的轴向平行。
在其中一个实施例中,所述第一形变面上的多个所述传感应变片连接形成第一惠斯通全桥电路,所述第二形变面上的多个所述传感应变片连接形成第二惠斯通全桥电路。
在其中一个实施例中,所述形变部的内径与壁厚之比大于第一预设值且小于第二预设值。
在其中一个实施例中,所述装置还包括固定壳体,包括第一壳体和第二壳体,所述第一壳体和所述第二壳体围合形成容纳腔,所述形变部容置在所述容纳腔中。
第二方面,本申请还提供了一种应力测试系统,所述系统包括:
如前述任一项所述的应力传感装置;
信号放大单元,与所述应力传感装置连接,用于接收所述应力传感装置输出的形变信号,并对所述形变信号进行放大处理;
滤波单元,与所述信号放大单元连接,用于对放大处理后的所述形变信号进行滤波处理,以获取与外部的应力信息对应的滤波信号;
处理单元,与所述滤波单元连接,用于根据所述滤波信号分析外部应力产生的应变大小。
上述应力传感装置和应力测试系统,通过形变组件中的多个弹性杆获取外部应力,并传递至形变部,使得形变部产生沿着多个弹性杆轴向的形变,并通过设置在形变部上的传感应变片根据形变部的形变输出多个不同弹性杆轴向的形变信号,可以根据输出的形变信号从不同的弹性杆轴向对外部应力大小进行分析,提高应力测试的准确性和灵敏度。
附图说明
图1为一个实施例中应力传感装置的结构示意图;
图2为一个实施例中应力传感装置的结构示意图;
图3为一个实施例中第一八角环的结构示意图;
图4为一个实施例中第二八角环的流程示意图;
图5为另一个实施例中传感应变片的设置位置示意图;
图6为一个实施例中形变部的结构设计示意图;
图7为一个实施例中应力传感装置的结构示意图;
图8为一个实施例中应力测试系统的结构示意图。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合附图及实施例,对本申请进行进一步详细说明。应当理解,此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请,并不用于限定本申请。
在一个实施例中,如图1所示,提供了一种应力传感装置,所述装置包括:
形变组件10,包括形变部100和与所述形变部100连接的至少两个弹性杆110,所述形变部100用于在外部应力的作用下,发生沿着多个弹性杆轴向的形变。
所述弹性杆的数量为至少两个,用于获取多个不同方向的外部应力,并产生相应的形变,所述形变传递至所述形变部,以使所述形变部对应产生沿着多个弹性杆轴向的形变。
传感组件20,包括多个传感应变片,多个所述传感应变片按照预设排布方式分别一一对应设置在所述形变部100的多个形变区域,所述传感应变片用于接收所述形变部100产生的所述形变,并根据所述形变输出形变信号,其中,所述形变信号至少包括各所述传感应变片的电阻变化量。
所述形变部100包括多个形变区域,且多个形变区域分别连接不同方向的弹性杆,以分别产生与不同方向弹性杆对应的形变,进一步的,使多个所述形变区域上的传感应变片分别输出与不同方向的弹性杆对应的形变信号。所述传感应变片在发生应变后,其电阻会发生改变,可通过监测传感应变片的电阻变化量来计算弹性杆的应变量,进而对外部应力大小进行分析。
上述应力传感装置和应力测试系统,通过形变组件中的多个弹性杆获取外部应力,并传递至形变部,使得形变部产生沿着多个弹性杆轴向的形变,并通过设置在形变部上的传感应变片根据形变输出不同弹性杆轴向的形变信号,可以从不同的方向根据输出的形变信号对外部应力大小进行分析,提高应力测试的准确性和灵敏度。
在其中一个实施例中,如图2所示,所述形变部100包括第一八角环101和第二八角环102,所述第二八角环102位于所述第一八角101的中心区域,其中,多个所述形变区域分别对应设置在:
所述第一八角环101上相对排布的多个第一形变面以及所述第二八角环102上相对排布的多个第二形变面;其中,所述第一形变面和所述第二形变面的应变方向与所述弹性杆110的轴向平行。
其中,所述第一八角环101为外八角环,所述第二八角环102为内八角环,所述外八角环、所述内八角环分别与不同的弹性杆连接,用于获取不同方向的弹性杆的形变,并对应产生平行于与其连接的弹性杆轴向的应变。所述外八角环、所述内八角环以及多个所述弹性杆一体成型。具体的,可以在模具中通过注塑成型工艺,将液态弹性杆材料(如尼龙)注入模具中,冷却后脱模,再经去除材料的方法加工成所需结构。
本实施例中,通过多个形变部分别与不同方向的弹性杆连接,使形变部上的形变区域可以产生平行于对应连接的弹性杆轴向的应变,在实现多个弹性杆轴向方向上的应力测试的同时避免其他方向的应力干扰,使得测试结果更为准确。
在其中一个实施例中,如图3所示,所述弹性杆110包括第一弹性杆111,所述第一八角环101的外壁包括依次间隔排布的第一表面1011、第二表面1012、第三表面1013以及第四表面1014,所述第一弹性杆111的第一弹性臂1111与所述第二表面1012抵接,所述第一弹性杆111的第二弹性臂1112与所述第四表面1014抵接;多个所述第一形变面包括所述第一表面1011、所述第三表面1013以及分别与所述第一表面和所述第三表面一一对应的第一内壁1015和第三内壁1016。
其中,各所述第一形变面上分别包括上下对应设置的两个所述传感应变片,所述第一形变面上的所述传感应变片的应变方向与所述第一弹性杆111的轴向平行。
具体的,所述第一八角环101外壁包括八个表面,其中,所述第二表面1012与所述第一弹性杆111的第一弹性臂1111抵接,所述第四表面1014与所述第一弹性杆111的第二弹性臂1112抵接,用于获取所述第一弹性杆111的形变并传递至第一形变面。所述第一形变面包括所述第一表面1011、所述第三表面1013、第一内壁1015和第三内壁1016,所述第一形变面与所述第一弹性杆111的轴向平行,以产生与所述第一弹性杆轴向平行的应变并进一步传递至表面粘贴的多个传感应变片上。
本实施例中,通过第一八角环的第二表面和第四表面与第一弹性杆连接,可以获取第一弹性杆的应变,并传递至与第一弹性杆平行的第一形变面上,进一步使得第一形变面上的传感应变片产生与第一弹性杆轴向平行的应变,而使其他方向的形变为零,避免了其他方向的应力干扰。
在其中一个实施例中,如图4所示,所述弹性杆还包括第二弹性杆112,所述第二八角环102的外壁包括依次间隔排布的第五表面1025、第六表面1026、第七表面1027以及第八表面1028,所述第二弹性杆112的第一弹性臂1121与所述第五表面1025抵接,所述第二弹性杆112的第二弹性臂1122与所述第七表面1027抵接;多个所述第二形变面包括所述第六表面1026、所述第八表面1028以及与所述第六表面和所述第八表面一一对应的第六内壁1029和第八内壁1030。
其中,各所述第二形变面上分别包括上下对应设置的两个所述传感应变片,所述第二形变面上的所述传感应变片的应变方向与所述第二弹性杆112的轴向平行。
具体的,所述第二八角环102外壁包括八个表面,其中,所述第五表面1025与所述第二弹性杆112的第一弹性臂1121抵接,所述第七表面1027与所述第二弹性杆112的第二弹性臂1122抵接,用于获取所述第二弹性杆112的形变并传递至所述第二形变面上。所述第二形变面包括所述第六表面1026、所述第八表面1028、第六内壁1029和第八内壁1030,所述第二形变面与所述第二弹性杆112的轴向平行,以产生与所述第二弹性杆轴向平行方向的应变并进一步传递至表面粘贴的多个传感应变片上。
本实施例中,通过第二八角环的第六表面和第八表面与第二弹性杆连接,可以获取第二弹性杆的应变,并传递至与第二弹性杆平行的第二形变面上,进一步使得第二形变面上的传感应变片产生与第二弹性杆轴向平行的应变,而使其他方向的形变为零,避免了其他方向的应力干扰。
在其中一个实施例中,所述第一形变面上的多个所述传感应变片连接形成第一惠斯通全桥电路,所述第二形变面上的多个所述传感应变片连接形成第二惠斯通全桥电路。
其中,如图5所示,每一所述第一形变面和所述第二形变面均包括上下对应设置的两个传感应变片,所述传感应变片为通过微机电系统(Micro Electro MechanicalSystem,MEMS)技术制作的应力应变元件,可通过粘贴等方式与所述形变区域连接。例如,所述第一八角环101上的第一表面1011上设置有上下对应的两个传感应变片R1和R5,所述第一内壁1015上设置有上下对应的两个传感应变片R2和R6。所述第一八角环101的所述第一形变面上的8个传感应变片R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8通过导线连接形成第一惠斯通全桥电路,所述第二八角环102的所述第二形变面上的8个传感应变片R9、R10、R11、R12、R13、R14、R15、R16通过导线连接形成第二惠斯通全桥电路,且所述第一惠斯通全桥电路和所述第二惠斯通全桥电路的电源设置于所述第二八角环的中心区域。所述传感应变片发生应变后,产生相应的电阻变化量,所述第一惠斯通全桥电路和所述第二惠斯通全桥电路通过导线将电路的形变信号输出;其中,所述形变信号包括所述第一惠斯通全桥电路和所述第二惠斯通全桥电路的输入电压和输出电压、以及各传感应变片的电阻应变系数、初始电阻值和电阻变化量等信息。
在实际测量中,除了弹性杆轴向的应变外,存在其他方向应变的干扰,通常需要对多个电路或者应变片获得的结果进行解耦,或需要对电桥进行温度补偿,通常的测试系统电路设计较为复杂,由多个用来解耦计算的桥电路组合而成,增加了整个测试系统的体积。而本申请提供的应力测试装置只需连接形成所述第一惠斯通全桥电路和第二惠斯通全桥电路并对其输入和输出信号进行分析,可以精简测试装置,提高测试效率。
本实施例中,将第一八角环和第二八角环上的传感应变片分别连接形成惠斯通全桥电路,可以通过电路分别对应输出不同弹性杆的形变信号,进而根据不同的形变信号对不同方向的应力与应变进行分析,在获取多个电路的输出信号的同时,避免了电路之间的相互耦合和干扰,使得测试方法更简单、测试结果更准确。
在其中一个实施例中,所述形变部100的内径与壁厚之比大于第一预设值且小于第二预设值。
具体的,所述形变部100包括所述第一八角环101和所述第二八角环102,以所述第一八角环101为例,如图6所示,所述第一八角环101的参数包括宽度b、壁厚t、内径r,其等截面的参数包括宽度b、长度2(r+t),将第一八角环101的应变量用ε1表示。
在现有技术中,形变部通常为一矩形板,其参数包括宽度b、长度2(r+t),将矩形板的应变量用ε0表示。
假设第一八角环101和矩形板在同样大小的作用力F下,所述第一八角环101和所述矩形板上的传感应变片产生的应变比值为α,其中:
其中,E为电源电压。由公式(1)~(3)可得:
当α=1时,可得r/t=0.2,通过公式(4)中的α的一元二次方程图像可知,若r/t>0.2即可增加灵敏度。另外,据相关文献记载,t/r>0.25时,八角环与其内壁的圆环位移偏差小于10%,即所述第一预设值为0.2、所述第二预设值为4,八角环的空心半径与厚度比值满足0.2<r/t<4时,为所述八角环的合理设计区域。
本实施例中,将形变部的空心半径和壁厚之比控制在第一预设值和第二预设值之间设置,可以在增加灵敏度的同时达到减小测量误差、提高测量准确性的效果。
在其中一个实施例中,请参考图2和图7,所述装置还包括固定组件30、连接组件40和固定壳体50:
固定组件30,与所述弹性杆110垂直连接。
其中,所述固定组件30为固定杆,其数量为四个,每一所述弹性杆的弹性臂均与一固定杆垂直。
连接组件40,分别与所述弹性杆以及所述固定组件连接。
其中,所述连接组件40可以为法兰,其数量为四个,每一所述连接组件40均与一所述固定组件30通过螺纹连接,并通过所述连接组件40将所述弹性杆110和所述固定组件30连接固定。当所述应力传感装置应用到沥青路面时,在整个应力传感装置埋入沥青混凝土之后,固定组件30可以起到固定弹性杆110的作用,防止弹性杆110的方向发生扭转,可测得路面沿着车辆行驶方向与垂直方向的两个方向的应变。
固定壳体50,包括第一壳体501和第二壳体502,所述第一壳体501和所述第二壳体502围合形成容纳腔,所述形变部100容置在所述容纳腔中,且所述形变部100与所述容纳腔间隔设置,以给所述形变部100提供形变空间。
其中,所述固定壳体50具有一定的厚度,用于保护所述形变部及其表面粘贴的传感应变片,避免所述形变部和所述传感应变片受到沥青混凝土的碾压后遭受破坏,如受到过度摩擦、酸碱腐蚀、强烈振动、高温高压等不利影响。
具体的,请继续参考图2,所述第一壳体501和第二壳体502的外表面形成有球形的向外凸起结构,以围合形成容纳腔,所述第一壳体501和第二壳体502的内表面加工有用于容置所述形变部的凹槽结构,所述形变部通过所述凹槽结构固定在所述容纳腔中,且所述容纳腔的尺寸略大于所述形变部的尺寸,以利于所述形变部100发生一定程度的形变。
所述第一壳体501和第二壳体502的边缘设有多个对应的螺纹孔,所述第一壳体501和第二壳体502通过螺钉穿过所述螺纹孔连接固定。
所述第一壳体501和第二壳体502还开设有多个半圆形凹槽,所述半圆形凹槽的半径略大于所述弹性杆110的半径,以使所述弹性杆110穿过所述半圆形凹槽与所述形变部100连接。
本实施例中,通过连接组件将固定组件和弹性杆垂直固定连接,可以避免弹性杆发生方向扭转,通过固定壳体围合形成容纳腔可以容纳所述形变部,在给形变部提供形变空间的同时对形变部及传感应变片起到保护作用,保证应力传感装置的正常使用,有利于提高应力传感装置的使用寿命和测量准确度。
在其中一个实施例中,如图8所示,本申请还提供了一种应力测试系统,所述系统包括:
如前述任一项所述的应力传感装置。
所述应力传感装置用于获取外部应力并输出与外部应力对应的形变信号。
信号放大单元,与所述应力传感装置连接,用于接收所述应力传感装置01输出的形变信号,并对所述形变信号进行放大处理。
其中,所述信号放大单元可以为功率放大器,通过功率放大器将所述形变信号放大处理后,可将放大结果在可视化界面中显示对应的波形。
滤波单元,与所述信号放大单元连接,用于对放大处理后的所述输出信号进行滤波处理,以获取与外部的应变信息对应的滤波信号。
所述滤波单元可以为滤波器,通过滤波器进一步将信号放大单元显示的波形中的有用信号与无用的噪声隔离开,从复杂的频率成分中分离出一种单一的所需要的测量信号频率成分。
处理单元,与所述滤波单元连接,用于根据所述滤波信号分析外部应力产生的应变大小。
其中,所述滤波单元分离出的所述滤波信号至少包括所述第一惠斯通全桥电路和所述第二惠斯通全桥电路的输出电压U1。
所述处理单元包括存储器和处理器等,所述存储器用于获取所述滤波信号中的信息并进行存储,所述处理器用于根据所述滤波信号对外部应力及其对应的应变进行分析,以所述第一八角环101为例说明其具体分析过程。
具体的,对于所述第一八角环101,传感应变片R1、R3、R5、R7设置在其外壁,R2、R4、R6、R8设置在其内壁,由于弹性杆110的两端通过固定组件和连接组件固定,将其简化为两端固定的可伸缩长杆,根据八角环形变理论,在弹性杆发生轴向应变时,在八角环外壁与内壁位置处的应变大小相等,方向相反,即
ε1=ε3=ε5=ε7=-ε2=-ε4=-ε6=-ε8=ε (5)
将R1~R8组成第一惠斯通全桥电路后,获取与所述第一惠斯通全桥电路相对应的滤波信号,根据以下公式(6)可计算出传感应变片的应变量大小ε。
其中,R1为第一个传感应变片的初始电阻值,ε1为传感应变片R1产生的应变量,ΔR1为第一个传感应变片的电阻变化量,依此类推。U0为所述第一惠斯通全桥电路的输入电压,可自主设定;U1为所述第一惠斯通全桥电路的输出电压,k为传感应变片的电阻应变系数,其中,所述第一惠斯通全桥电路中的各传感应变片的电阻应变系数k相同。根据由公式(6)计算出的传感应变片的应变量大小ε可分析外部应力大小。
进一步的,由公式(6)可以得出,当弹性杆110同时受到温度变化与外界载荷的影响时,温度变化对所述惠斯通全桥电路上的各传感应变片的应变影响可以相互抵消,无需安装额外的温度补偿装置,可以自动实现温度补偿,消除热胀冷缩带来的温度误差影响。
对于所述第二八角环上形成的第二惠斯通全桥电路的分析处理过程与所述第一惠斯通全桥电路相似,在此不再赘述。
本实施例中,通过将所述应力传感装置依次与信号放大单元、滤波单元以及处理单元连接,可以对所述应力传感装置输出的信号进行放大、滤波处理,并根据滤波处理后的滤波信号计算出相应的应变量,从而对外部应力进行分析。
应该理解的是,虽然如上所述的各实施例所涉及的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示,但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明,这些步骤的执行并没有严格的顺序限制,这些步骤可以以其它的顺序执行。而且,如上所述的各实施例所涉及的流程图中的至少一部分步骤可以包括多个步骤或者多个阶段,这些步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成,而是可以在不同的时刻执行,这些步骤或者阶段的执行顺序也不必然是依次进行,而是可以与其它步骤或者其它步骤中的步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程,是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成,所述的计算机程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中,该计算机程序在执行时,可包括如上述各方法的实施例的流程。其中,本申请所提供的各实施例中所使用的对存储器、数据库或其它介质的任何引用,均可包括非易失性和易失性存储器中的至少一种。非易失性存储器可包括只读存储器(Read-OnlyMemory,ROM)、磁带、软盘、闪存、光存储器、高密度嵌入式非易失性存储器、阻变存储器(ReRAM)、磁变存储器(Magnetoresistive Random Access Memory,MRAM)、铁电存储器(Ferroelectric Random Access Memory,FRAM)、相变存储器(Phase Change Memory,PCM)、石墨烯存储器等。易失性存储器可包括随机存取存储器(Random Access Memory,RAM)或外部高速缓冲存储器等。作为说明而非局限,RAM可以是多种形式,比如静态随机存取存储器(Static Random Access Memory,SRAM)或动态随机存取存储器(Dynamic RandomAccess Memory,DRAM)等。本申请所提供的各实施例中所涉及的数据库可包括关系型数据库和非关系型数据库中至少一种。非关系型数据库可包括基于区块链的分布式数据库等,不限于此。本申请所提供的各实施例中所涉及的处理器可为通用处理器、中央处理器、图形处理器、数字信号处理器、可编程逻辑器、基于量子计算的数据处理逻辑器等,不限于此。
以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合,为使描述简洁,未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述,然而,只要这些技术特征的组合不存在矛盾,都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式,其描述较为具体和详细,但并不能因此而理解为对本申请专利范围的限制。应当指出的是,对于本领域的普通技术人员来说,在不脱离本申请构思的前提下,还可以做出若干变形和改进,这些都属于本申请的保护范围。因此,本申请的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种应力传感装置,其特征在于,所述装置包括:
形变组件,包括形变部和与所述形变部连接的至少两个弹性杆,所述形变部用于在外部应力的作用下,发生沿着多个弹性杆轴向的形变;
传感组件,包括多个传感应变片,多个所述传感应变片按照预设排布方式分别一一对应设置在所述形变部的多个形变区域,所述传感应变片用于接收所述形变部产生的所述形变,并根据所述形变输出形变信号,其中,所述形变信号至少包括各所述传感应变片的电阻变化量。
2.根据权利要求1所述的应力传感装置,其特征在于,所述形变部包括第一八角环和第二八角环,所述第二八角环位于所述第一八角环的中心区域,其中,多个所述形变区域分别对应设置在所述第一八角环上相对排布的多个第一形变面以及所述第二八角环上相对排布的多个第二形变面;其中,所述第一形变面和所述第二形变面的应变方向分别与所述弹性杆的轴向平行。
3.根据权利要求2所述的应力传感装置,其特征在于,所述弹性杆包括第一弹性杆,所述第一八角环的外壁包括依次间隔排布的第一表面、第二表面、第三表面以及第四表面,所述第一弹性杆的第一弹性臂与所述第二表面抵接,所述第一弹性杆的第二弹性臂与所述第四表面抵接;多个所述第一形变面包括所述第一表面、所述第三表面以及分别与所述第一表面和所述第三表面一一对应的第一内壁和第三内壁。
4.根据权利要求3所述的应力传感装置,其特征在于各所述第一形变面上分别包括对应设置的两个所述传感应变片,所述第一形变面上的所述传感应变片的应变方向与所述第一弹性杆的轴向平行。
5.根据权利要求3所述的应力传感装置,其特征在于,所述弹性杆还包括第二弹性杆,所述第二八角环的外壁包括依次间隔排布的第五表面、第六表面、第七表面以及第八表面,所述第二弹性杆的第一弹性臂与所述第五表面抵接,所述第二弹性杆的第二弹性臂与所述第七表面抵接;多个所述第二形变面包括所述第六表面、所述第八表面以及与所述第六表面和所述第八表面一一对应的第六内壁和第八内壁。
6.根据权利要求5所述的应力传感装置,其特征在于,各所述第二形变面上分别包括对应设置的两个所述传感应变片,所述第二形变面上的所述传感应变片的应变方向与所述第二弹性杆的轴向平行。
7.根据权利要求6所述的应力传感装置,其特征在于,所述第一形变面上的多个所述传感应变片连接形成第一惠斯通全桥电路,所述第二形变面上的多个所述传感应变片连接形成第二惠斯通全桥电路。
8.根据权利要求1所述的应力传感装置,其特征在于,所述形变部的内径与壁厚之比大于第一预设值且小于第二预设值。
9.根据权利要求1所述的应力传感装置,其特征在于,所述装置还包括:
固定壳体,包括第一壳体和第二壳体,所述第一壳体和所述第二壳体围合形成容纳腔,所述形变部容置在所述容纳腔中。
10.一种应力测试系统,其特征在于,所述系统包括:
如权利要求1-9任一项所述的应力传感装置;
信号放大单元,与所述应力传感装置连接,用于接收所述应力传感装置输出的形变信号,并对所述形变信号进行放大处理;
滤波单元,与所述信号放大单元连接,用于对放大处理后的所述形变信号进行滤波处理,以获取与外部的应力信息对应的滤波信号;
处理单元,与所述滤波单元连接,用于根据所述滤波信号分析外部应力产生的应变大小。
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Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU90893U1 (ru) * | 2009-09-29 | 2010-01-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Томский государственный архитектурно-строительный университет" (ГОУВПО "ТГАСУ") | Датчик радиальной деформации (варианты) |
KR20130038751A (ko) * | 2011-10-10 | 2013-04-18 | 엘지전자 주식회사 | 센서의 온도 보상 기능을 포함하는 스캐닝 마이크로미러 및 온도 보상 방법 |
CN103551922A (zh) * | 2013-10-10 | 2014-02-05 | 西安交通大学 | 一种应变式集成化三维车削力传感器 |
CN105043610A (zh) * | 2015-06-04 | 2015-11-11 | 中国科学院武汉岩土力学研究所 | 一种测量地应力的高灵敏度钻孔变形计及其检测方法 |
WO2017018319A1 (ja) * | 2015-07-29 | 2017-02-02 | 株式会社トライフォース・マネジメント | トルクセンサ |
CN107101755A (zh) * | 2017-06-15 | 2017-08-29 | 西安交通大学 | 一种应变式三维力传感器 |
CN108918013A (zh) * | 2018-09-14 | 2018-11-30 | 哈尔滨工业大学(威海) | 一种柔性机构自解耦六维力传感器 |
-
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Patent Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU90893U1 (ru) * | 2009-09-29 | 2010-01-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Томский государственный архитектурно-строительный университет" (ГОУВПО "ТГАСУ") | Датчик радиальной деформации (варианты) |
KR20130038751A (ko) * | 2011-10-10 | 2013-04-18 | 엘지전자 주식회사 | 센서의 온도 보상 기능을 포함하는 스캐닝 마이크로미러 및 온도 보상 방법 |
CN103551922A (zh) * | 2013-10-10 | 2014-02-05 | 西安交通大学 | 一种应变式集成化三维车削力传感器 |
CN105043610A (zh) * | 2015-06-04 | 2015-11-11 | 中国科学院武汉岩土力学研究所 | 一种测量地应力的高灵敏度钻孔变形计及其检测方法 |
WO2017018319A1 (ja) * | 2015-07-29 | 2017-02-02 | 株式会社トライフォース・マネジメント | トルクセンサ |
CN107101755A (zh) * | 2017-06-15 | 2017-08-29 | 西安交通大学 | 一种应变式三维力传感器 |
CN108918013A (zh) * | 2018-09-14 | 2018-11-30 | 哈尔滨工业大学(威海) | 一种柔性机构自解耦六维力传感器 |
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