CN206300744U - 基于压电石英晶片弯曲效应的弯矩测量传感器 - Google Patents
基于压电石英晶片弯曲效应的弯矩测量传感器 Download PDFInfo
- Publication number
- CN206300744U CN206300744U CN201621083812.8U CN201621083812U CN206300744U CN 206300744 U CN206300744 U CN 206300744U CN 201621083812 U CN201621083812 U CN 201621083812U CN 206300744 U CN206300744 U CN 206300744U
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- moment
- electrode
- flexure
- measurement
- quartz crystal
- 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.)
- Expired - Fee Related
Links
- 238000005259 measurement Methods 0.000 title claims abstract description 52
- 230000000694 effects Effects 0.000 title claims abstract description 25
- 239000010453 quartz Substances 0.000 title claims abstract description 22
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 22
- 239000013078 crystal Substances 0.000 title claims abstract description 19
- 238000010008 shearing Methods 0.000 claims abstract description 12
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims description 16
- 230000005489 elastic deformation Effects 0.000 claims description 10
- 235000012431 wafers Nutrition 0.000 claims description 9
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 claims description 4
- 238000000034 method Methods 0.000 abstract description 9
- 238000005452 bending Methods 0.000 abstract description 8
- 230000005611 electricity Effects 0.000 abstract description 5
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 abstract 1
- 239000011888 foil Substances 0.000 description 6
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 5
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 2
- 238000013461 design Methods 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 239000004744 fabric Substances 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 230000010287 polarization Effects 0.000 description 2
- 208000035126 Facies Diseases 0.000 description 1
- 235000006508 Nelumbo nucifera Nutrition 0.000 description 1
- 240000002853 Nelumbo nucifera Species 0.000 description 1
- 235000006510 Nelumbo pentapetala Nutrition 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 230000007812 deficiency Effects 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 238000000691 measurement method Methods 0.000 description 1
- 230000011218 segmentation Effects 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
Abstract
本实用新型公开了一种基于压电石英晶片弯曲效应的弯矩测量传感器，利用具有弯曲效应的压电石英晶片组成弯矩测量敏感元件，当受到弯矩作用时，在晶片表面上产生的束缚电荷以光轴为分界线两半平面上所产生的电量大小相等，符号相反，并且所施加的弯矩与产生的束缚电荷成线性关系，进而准确测出弯矩值；所述弯矩测量敏感元件通过分割电极电荷组合法组成弯矩测量晶组，所述弯矩测量晶组产生的输出电荷经过导线由输出接头引出体外，通过电荷放大器放大成电压信号，再由数字表或计算机记录结果。本实用新型采用压电弯曲效应直接测量弯矩，而不是利用传统剪切效应，剪切力乘力臂的方法计算弯矩，简化了中间环节，提高了测量精度和准确度。
Description
技术领域：
本实用新型设计一种弯矩的测量传感器，特别是涉及一种基于压电石英晶片弯曲效应的弯矩测量传感器。
背景技术：
弯矩是受力构件截面上的内力矩的一种，即垂直于横截面的内力系的合力偶矩，弯矩直接影响杆件的强度和变形，因此精确检测弯矩对工程应用有重要的意义。
工程上弯矩测量采用应变片、压电、压磁等方式，其中应用最广泛的是测量应变的方法。经过对现有技术文献和专利的检索发现，专利名称《锚杆轴力和弯矩的检测方法及其检测锚杆》，申请公布号CN 103485811 A，以及文章名称《电阻应变计在弯矩测量中的应用》，刊名：传感器技术，均采用是应变测量方法，即将4个同型号的电阻应变片按附图1-图3所示进行布置：R1、R3布贴在梁的上表面，R2、R4布贴在梁的下表面。梁弯曲变形时，电阻应变片上产生的应变与梁产生的应变相同，并且在梁的同一截面上，上表面产生拉应变，而下表面产生压应变，拉、压应变的绝对值相等，四个应变片组合能够全桥电路，通过全桥电路可获得四个应变片的应变值，根据材料力学理论可通过应变计算出弯矩值。此外，通过压电效应也可以测量弯矩，此时采用的是“力×力臂”法，测量中，力臂是固定不变的，力臂与剪力相乘得到弯矩，若想测量剪力，采用具有剪切效应的Y0压电石英晶片作为测力敏感元件，将所测量的力乘以力与晶片之间的距离计算得到力矩，如附图4所示。该类型传感器并不能直接测量弯矩，而是通过测量力的方式间接计算力矩，导致测试弯矩精度不高。
实用新型内容：
本实用新型所要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种设计合理、简化了中间环节、提高了测量精度和准确度的基于压电石英晶片弯曲效应的弯矩测量传感器。
本实用新型的技术方案是：
一种基于压电石英晶片弯曲效应的弯矩测量传感器，包括基体，所述基体上设置有连接孔，所述基体内设置有两个弹性变形环，两个所述弹性变形环之间设置有弯矩测量晶组，所述基体上设置有输出接头，所述输出接头内端通过导线与所述弯矩测量晶组连接，所述输出接头的外端通过电荷放大器放大成电压信号，再由数字表或计算机记录结果。
所述弯矩测量晶组包括三片X0切型石英晶片和四片检测电极，四片检测电极两两一组分别夹持在三片石英晶片之间，四片检测电极依次标注为电极A、电极B、电极C、电极D，当仅有轴向力作用时，在晶片表面产生剪切束缚电荷，电极A与电极C，电极B与电极D产生的电荷符号相同，大小相等，电极A与电极C并联后输出为零；当仅有弯矩作用时，电极A与电极C，电极B与电极D产生的电荷符号相同，大小相等，电极A与电极C并联后输出，输出电荷为单电极的两倍，提高了弯曲测量晶组的灵敏度。
所述基体为长方形，其四角处分别设置有所述连接孔，所述弯矩测量晶组贴接在所述弹性变形环的内腔凸台中心上，压电石英晶片与凸台平面相平行的表面对称贴上所述检测电极。
本实用新型的有益效果是：
1、本实用新型采用压电弯曲效应直接测量弯矩，而不是利用传统剪切效应，剪切力乘力臂的方法计算弯矩，简化了中间环节，提高了测量精度和准确度。
2、本实用新型采用分割电极电荷法组建测量晶组，采用电荷法连接检测电极避免了电压法测量时要用两部电荷放大器和一个电压反相器，外接测量电路的引入必将导致测量误差的增加和制作成本的提高。仅用一部电荷放大器无需电压反相器直接检测弯矩，具有结构简单、电荷灵敏度翻倍的优点。
3、本实用新型弯矩传感器具有结构紧凑，工艺性好，降低了成本，易于调整，效率高，直接测量弯矩，测量精度高，克服了传统压电剪切效应测量弯矩的缺点和不足，其适用范围广，易于推广实施，经济效益明显。
附图说明：
图1是现有技术中应变片弯矩测量的结构图；
图2为图1所示应变片弯矩测量的俯视图；
图3为图1所示应变片弯矩测量的电路原理简图；
图4是现有技术中压电力矩测量原理简图；
图5是本实用新型弯矩测量晶组受轴向力的极化图；
图6是本实用新型弯矩测量晶组受弯矩的极化图；
图7是本实用新型基于压电石英晶片弯曲效应的弯矩测量传感器结构图；
图8是图7所示基于压电石英晶片弯曲效应的弯矩测量传感器的侧视图。
具体实施方式：
实施例：参见图5—图8，图中，1-基体，2-连接孔，3-输出接头，4-导线，5-弹性变形环，6-弯矩测量晶组。
基于压电石英晶片弯曲效应的弯矩测量传感器，包括基体1，基体1上设置有连接孔2，基体1内设置有两个弹性变形环5，两个弹性变形环5之间设置有弯矩测量晶组6，基体1上设置有输出接头3，输出接头3内端通过导线4与弯矩测量晶组6连接，输出接头3的外端通过电荷放大器放大成电压信号，再由数字表或计算机记录结果。
基体1为长方形，其四角处分别设置有连接孔2，弯矩测量晶组6贴接在弹性变形环5的内腔凸台中心上，压电石英晶片与凸台平面相平行的表面对称贴上检测电极。
弯矩测量晶组包括三片X0切型石英晶片和四片检测电极，四片检测电极两两一组分别夹持在三片石英晶片之间，四片检测电极依次标注为电极A、电极B、电极C、电极D，当仅有轴向力作用时，在晶片表面产生剪切束缚电荷，电极A与电极C，电极B与电极D产生的电荷符号相同，大小相等，电极A与电极C并联后输出为零；当仅有弯矩作用时，电极A与电极C，电极B与电极D产生的电荷符号相同，大小相等，电极A与电极C并联后输出，输出电荷为单电极的两倍，提高了弯曲测量晶组的灵敏度。
使用时，基体1通过连接孔2和连接件连接到结构梁上，利用具有弯曲效应的压电石英晶片组成弯矩测量敏感元件，当受到弯矩作用时，在晶片表面上产生的束缚电荷以光轴为分界线两半平面上所产生的电量大小相等，符号相反，并且所施加的弯矩与产生的束缚电荷成线性关系，进而准确测出弯矩值；当受到一个弯矩作用时，夹在弹性变形环5之间的具有弯曲效应的压电石英晶片同时受到弯矩的作用，由于该种切型晶体具有弯曲效应，所以在晶片表面上产生束缚电荷，电极产生的电荷通过导线4与输出接头3相连，输出的电荷量经过电荷放大器将其转换为电压信号后，由电压数字表读出或通过计算机进行采集。
本实用新型采用压电弯曲效应直接测量弯矩，而不是利用传统剪切效应，剪切力乘力臂的方法计算弯矩，简化了中间环节，提高了测量精度和准确度。
以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制，凡是依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本实用新型技术方案的范围内。
Claims (3)
1.一种基于压电石英晶片弯曲效应的弯矩测量传感器，包括基体，所述基体上设置有连接孔，其特征是：所述基体内设置有两个弹性变形环，两个所述弹性变形环之间设置有弯矩测量晶组，所述基体上设置有输出接头，所述输出接头内端通过导线与所述弯矩测量晶组连接，所述输出接头的外端通过电荷放大器放大成电压信号，再由数字表或计算机记录结果。
2.根据权利要求1所述的基于压电石英晶片弯曲效应的弯矩测量传感器，其特征是：所述弯矩测量晶组包括三片X0切型石英晶片和四片检测电极，四片检测电极两两一组分别夹持在三片石英晶片之间，四片检测电极依次标注为电极A、电极B、电极C、电极D，当仅有轴向力作用时，在晶片表面产生剪切束缚电荷，电极A与电极C，电极B与电极D产生的电荷符号相同，大小相等，电极A与电极C并联后输出为零；当仅有弯矩作用时，电极A与电极C，电极B与电极D产生的电荷符号相同，大小相等，电极A与电极C并联后输出，输出电荷为单电极的两倍，提高了弯曲测量晶组的灵敏度。
3.根据权利要求2所述的基于压电石英晶片弯曲效应的弯矩测量传感器，其特征是：所述基体为长方形，其四角处分别设置有所述连接孔，所述弯矩测量晶组贴接在所述弹性变形环的内腔凸台中心上，压电石英晶片与凸台平面相平行的表面对称贴上所述检测电极。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201621083812.8U CN206300744U (zh) | 2016-09-26 | 2016-09-26 | 基于压电石英晶片弯曲效应的弯矩测量传感器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201621083812.8U CN206300744U (zh) | 2016-09-26 | 2016-09-26 | 基于压电石英晶片弯曲效应的弯矩测量传感器 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN206300744U true CN206300744U (zh) | 2017-07-04 |
Family
ID=59202246
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201621083812.8U Expired - Fee Related CN206300744U (zh) | 2016-09-26 | 2016-09-26 | 基于压电石英晶片弯曲效应的弯矩测量传感器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN206300744U (zh) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106441665A (zh) * | 2016-09-26 | 2017-02-22 | 郑州航空工业管理学院 | 基于压电石英晶片弯曲效应的弯矩测量方法及传感器 |
| CN113237578A (zh) * | 2021-05-08 | 2021-08-10 | 大连理工大学 | 一种基于全剪切效应石英晶片的多维力/力矩测量方法 |
-
2016
- 2016-09-26 CN CN201621083812.8U patent/CN206300744U/zh not_active Expired - Fee Related
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106441665A (zh) * | 2016-09-26 | 2017-02-22 | 郑州航空工业管理学院 | 基于压电石英晶片弯曲效应的弯矩测量方法及传感器 |
| CN113237578A (zh) * | 2021-05-08 | 2021-08-10 | 大连理工大学 | 一种基于全剪切效应石英晶片的多维力/力矩测量方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN1979184A (zh) | 压电材料准静态法横向压电应变常数测量方法和系统 | |
| CN103551922A (zh) | 一种应变式集成化三维车削力传感器 | |
| CN109443606B (zh) | 一种用于智能机械手的磁致伸缩触觉传感器阵列 | |
| CN2890940Y (zh) | 准静态法d31测量系统 | |
| CN103575435B (zh) | 用于汽车后桥测试系统的三维力传感器 | |
| CN106225961B (zh) | 一种用于机器人的触觉传感器 | |
| CN206300744U (zh) | 基于压电石英晶片弯曲效应的弯矩测量传感器 | |
| WO2021082613A1 (zh) | 一种小量程三维传感器及其测试方法 | |
| CN102506688B (zh) | 一种电阻应变式厚度测量装置及其测量方法 | |
| CN108931326A (zh) | 一种测量土压力的应变式传感器及工作方法 | |
| CN106768523A (zh) | 一种压力机吨位测量方法及其装置 | |
| CN104931176A (zh) | 一种压电式三爪卡盘夹紧力测量装置 | |
| CN109870258A (zh) | 一种平面任意残余应力的仪器化球形压入检测方法 | |
| CN203376085U (zh) | 一种高精度双端固定谐振音叉式压力传感器 | |
| CN106441665A (zh) | 基于压电石英晶片弯曲效应的弯矩测量方法及传感器 | |
| CN106895930A (zh) | 一种悬臂梁结构微力及微小位移传感装置 | |
| CN103921171A (zh) | 一种大量程压阻式高频响固定式四分量铣削力传感器 | |
| CN202024932U (zh) | 一种用于三轴流体围压作用下的应变片集成装置 | |
| CN104568304A (zh) | 一种增强应变式力传感器数据采集系统 | |
| CN104299483B (zh) | 一种电桥式杨氏模量组合仪 | |
| CN103471745A (zh) | 基于双梁或串联双梁的屈曲式微力传感器及微力测量方法 | |
| CN103105124B (zh) | 全桥式和半桥式测量剪切应变的应变片及方法 | |
| CN113804119B (zh) | 一种耐高温高压光纤应变传感器 | |
| CN203572435U (zh) | 一种微弱应变测量系统 | |
| CN105157551A (zh) | 一种“三角形”位移传感器 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20170704 Termination date: 20180926 |