CN208537067U - 一种高刚度二维力测量传感器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种高刚度二维力测量传感器，其包括固定块，固定块开设有安装通槽，安装通槽的中部固定设置有加载块，加载块的两端对称设置有两个结构相同的悬臂梁，悬臂梁的端部与固定块固定连接；悬臂梁邻近固定块位置处贯穿设置有垂直通槽，悬臂梁邻近加载块的位置处贯穿设置有横向通槽。本实用新型能够解决现有技术中测力传感器刚度和灵敏度不足的问题，结构简单，容易加工，可以进行滑动至微动等不同形式的摩擦测试，在保证测量精度与分辨率的同时，避免传感器变形导致测量误差，尤其适合于变形量要求较小的场合使用。

Description

一种高刚度二维力测量传感器

技术领域

本实用新型涉及传感器技术领域，具体涉及一种高刚度二维力测量传感器。

背景技术

测力传感器是摩擦试验机的核心部件，其测量精度直接影响摩擦试验机的摩擦系数检测精度。

现有的二维测力传感器大多为电阻应变片式测力传感器，尽管电阻应变片测量应变的范围大，但其灵敏度较低，约2.0；因此电阻应变片式测力传感器通过对传感器实现较大范围的应变以弥补电阻应变片灵敏系数较低的不足，这导致电阻应变片式测力传感器存在测量过程中传感器变形大，具体表现为刚度不足。

在微动摩擦过程中，位移幅值最低仅为1um，传统的电阻应变片式测力传感器在较大摩擦力的作用下的变形量远超过1um，此时传感器测试端随着样品发生摆动，其测量的摩擦力远低于实际值，无法有效测量真实的摩擦力。

实用新型内容

本实用新型针对现有技术中的上述不足，提供了一种能够解决现有技术中测力传感器刚度和灵敏度不足的问题的高刚度二维力测量传感器。

为解决上述技术问题，本实用新型采用了下列技术方案：

提供了一种高刚度二维力测量传感器，其包括固定块，固定块开设有安装通槽，安装通槽的中部固定设置有加载块，加载块的两端对称设置有两个结构相同的悬臂梁，悬臂梁的端部与固定块固定连接；悬臂梁邻近固定块位置处贯穿设置有垂直通槽，悬臂梁邻近加载块的位置处贯穿设置有横向通槽；

两个悬臂梁中部位于垂直通槽上端位置处分别固定设置有一个上侧光纤珐珀传感器，两个悬臂梁中部位于横向通槽右侧位置出位置处分别固定设置有一个下侧光纤珐珀传感器。

上述技术方案中，优选的，安装通槽与上侧光纤珐珀传感器相接位置处开设有安装卡口；固定块与下侧光纤珐珀传感器相接位置处开设有安装孔。

上述技术方案中，优选的，加载块上表面的四角分别开设有固定孔。

上述技术方案中，优选的，固定块与横向通槽对应的两侧边上分别开设有横向孔。

上述技术方案中，优选的，横向通槽与垂直通槽的形状相同。

本实用新型提供的上述高刚度二维力测量传感器的主要有益效果在于：

本实用新型提供的高刚度二维力测量传感器通过设置两组光纤珐珀传感器，当在加载块上施加大小相同的水平力和垂直力时，横向通槽和垂直通槽的两端由于应力集中效果，都会在通槽的孔外表面均能产生一定的应变量，通过光纤珐珀应变传感器检测应变量，并转换为相应的力，实现微力测量。

上侧光纤珐珀传感器和下侧光纤珐珀传感器测量到的应变力方向相反，一个为拉力，一个为压力，通过对测量值相减，可以有效抵扣温度对光纤珐珀应变传感器的干扰，从而得到更精确的测量数据；通过将上侧光纤珐珀传感器和下侧光纤珐珀传感器在两侧悬臂梁上各设置一个，利用两组数据进行对比，保证测量的准确性，减小误差。

通过将传感器设置为安装通槽与加载块配合的结构，结构简单，容易加工，可以进行滑动至微动等不同形式的摩擦测试，在保证测量精度与分辨率的同时，避免传感器变形导致测量误差，尤其适合于变形量要求较小的场合使用。

附图说明

图1为高刚度二维力测量传感器的结构示意图。

图2为高刚度二维力测量传感器的底部结构示意图。

其中，1、固定块，11、安装通槽，12、安装卡口，13、安装孔，14、横向孔，15、定位孔，2、加载块，21、悬臂梁，211、横向通槽，212、垂直通槽，22、固定孔，3、上侧光纤珐珀传感器，4、下侧光纤珐珀传感器。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步说明：

如图1所示，其为高刚度二维力测量传感器的结构示意图。

本实用新型的高刚度二维力测量传感器包括固定块1，固定块1开设有安装通槽11，安装通槽11的中部固定设置有加载块2，加载块2的两端对称设置有两个结构相同的悬臂梁21，悬臂梁21的端部与固定块1固定连接。加载块2上表面的四角分别开设有固定孔22，以固定摩擦头或者夹具。

悬臂梁21邻近固定块1位置处贯穿设置有垂直通槽212，悬臂梁21邻近加载块2的位置处贯穿设置有横向通槽211，其中，横向通槽211与垂直通槽212的形状相同；固定块1与横向通槽211对应的两侧边上分别开设有横向孔14。

两个悬臂梁21中部位于垂直通槽212上端位置处分别固定设置有一个上侧光纤珐珀传感器3，两个悬臂梁21中部位于横向通槽211右侧位置出位置处分别固定设置有一个下侧光纤珐珀传感器4。

安装通槽11与上侧光纤珐珀传感器3相接位置处开设有安装卡口12；固定块1与下侧光纤珐珀传感器4相接位置处开设有安装孔13；如图2所示，固定块1的底部设置有用于固定固定块位置的定位孔15，定位孔15为螺纹孔，通过定位孔15与螺钉连接，可将固定块1固定于在实验台上，以保证试验准确性。

本实用新型所提供的高刚度二维力测量传感器的工作原理是：

当加载块2受到切向力时，加载块2沿平行于悬臂梁21的方向产生变形，使悬臂梁21产生应变，应变集中在悬臂梁21上的垂直通槽212的孔内外表面，而孔外表面贴附的下侧光纤珐珀传感器4可以测出对应的应变方向及大小，并转换成切向力的大小和方向。

当加载块2受到法向力时，加载块2沿垂直于悬臂梁21的方向产生变形，悬臂梁21产生应变，应变集中在悬臂梁21上的横向通槽211的孔内外表面，而孔外表面贴附的上侧光纤珐珀传感器3可以测量出对应的应变，并转换为法向力的大小和方向；从而实现微力测量。

上面对本实用新型的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本实用新型，但应该清楚，本实用新型不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本实用新型的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本实用新型构思的发明创造均在保护之列。

Claims (5)

1.一种高刚度二维力测量传感器，其特征在于，包括固定块(1)，固定块(1)开设有安装通槽(11)，安装通槽(11)的中部固定设置有加载块(2)，加载块(2)的两端对称设置有两个结构相同的悬臂梁(21)，悬臂梁(21)的端部与固定块(1)固定连接；

悬臂梁(21)邻近固定块(1)位置处贯穿设置有垂直通槽(212)，悬臂梁(21)邻近加载块(2)的位置处贯穿设置有横向通槽(211)；

两个悬臂梁(21)中部位于垂直通槽(212)上端位置处分别固定设置有一个上侧光纤珐珀传感器(3)，两个悬臂梁(21)中部位于横向通槽(211)右侧位置处分别固定设置有一个下侧光纤珐珀传感器(4)。

2.根据权利要求1所述的高刚度二维力测量传感器，其特征在于，所述安装通槽(11)与上侧光纤珐珀传感器(3)相接位置处开设有安装卡口(12)；固定块(1)与下侧光纤珐珀传感器(4)相接位置处开设有安装孔(13)。

3.根据权利要求1所述的高刚度二维力测量传感器，其特征在于，所述加载块(2)上表面的四角分别开设有固定孔(22)。

4.根据权利要求1所述的高刚度二维力测量传感器，其特征在于，所述固定块(1)与横向通槽(211)对应的两侧边上分别开设有横向孔(14)。

5.根据权利要求4所述的高刚度二维力测量传感器，其特征在于，所述横向通槽(211)与垂直通槽(212)的形状相同。