CN216349278U - 一种高精度测力传感器系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种高精度测力传感器系统，其包括拉力传感器、模数转换器、金属屏蔽盒和弹簧电缆；所述弹簧电缆的下端与法兰固定后接入模数转换器，所述弹簧电缆上端与Y向平台拖板固定后穿过随动平台拖缆，连接至快速随动平台上的拉力调节控制系统；在所述法兰上安装所述金属屏蔽盒，所述金属屏蔽盒内安装所述模拟数转换器，通过所述金属屏蔽盒屏蔽外界电磁场干扰，拉力传感器的电流模拟量输出电缆连接模数转换器。

Description

一种高精度测力传感器系统

技术领域

本实用新型涉及测力系统技术领域，更为具体地，本实用新型涉及一种高精度测力传感器系统。

背景技术

火星低重力模拟试验平台是首次火星探测的地面验证试验的关键设施之一，地外天体低重力模拟试验平台通过吊绳连接探测器，吊绳跟随探测器运动，保持垂直和拉力恒定，模拟地外天地的低重力环境。在试验过程中，需要对快速随动平台吊绳拉力进行检测，为控制系统提供拉力反馈，使吊绳张力始终保持恒定值。

为测量吊绳拉力，需要在吊绳和探测器之间连接高精度测量传感器，由于吊绳长度在试验过程中与探测器随动，其长度变化不定，拉力传感器测量数据通过可伸缩弹簧电缆进行传输，当前拉力传感器测量数据传输采用4-20mA电流模拟量传输方式，由于电缆走线需要通过二级随动平台的两级拖缆，距离超过30米，而且二级随动平台上有多个大功率电机，容易对拉力测量数据造成干扰，影响拉力随动系统控制精度。

实用新型内容

针对现有技术的不足之处，本实用新型的目的在于提出一种高精度测力传感器系统，其将吊绳与探测器连接的法兰部分增加金属屏蔽盒，内装安装模拟/数字转换器，将拉力传感器4-20mA电流传输线就近接入模拟/数字转换器，模拟/数字转换器将电流模拟量信号转换成数字信号后，通过profibus通讯网络将信号传给拉力控制系统。

本实用新型的技术方案如下：

一种高精度测力传感器系统，其包括拉力传感器、模数转换器、金属屏蔽盒和弹簧电缆；所述弹簧电缆的下端与法兰固定后接入模数转换器，所述弹簧电缆上端与Y向平台拖板固定后穿过随动平台拖缆，连接至快速随动平台上的拉力调节控制系统；在所述法兰上安装所述金属屏蔽盒，所述金属屏蔽盒内安装所述模拟数转换器，通过所述金属屏蔽盒屏蔽外界电磁场干扰，所述拉力传感器安装所述法兰与万向吊具之间，所述拉力传感器的电流模拟量输出电缆连接模数转换器。

优选地，所述拉力传感器的测量范围为0-20000N，输出为4-20mA电流，非线性度为0.025％。

优选地，金属屏蔽盒尺寸大小为15cmX15cmX10cm，模数转换器的工作电压为24V。

优选地，电流模拟量输出电缆为模拟量屏蔽电缆，长度为20±2CM，缩短电流模拟量输出电缆传输距离能够减少外界电磁场干扰，保证测力传感器的精度。

优选地，所述弹簧电缆为4芯弹簧电缆。

优选地，所述模数转换器连接4芯弹簧电缆，其中2芯为24V直流工作电源线，2芯为profibus数据通讯线。

优选地，所述弹簧电缆的芯线直径0.5mm,阻抗为120欧姆，弹簧内径5CM，拉伸长度15米，总长度30米。

与现有技术相比，本实用新型的优点在于：

拉力传感器模拟信号连接模拟/数字信号转换器，模拟信号的传输距离可以减少到20CM长度，模拟/数字信号转换器安装在法兰旁边的屏蔽金属盒内部，金属盒尺寸大小可以控制在15cmX15cmX10cm以内，极大减小外界电磁场的干扰，模拟/数字信号转换器采用profibus传输协议，在100米传输距离内通讯速率可达1.5M bits/s,数据通讯周期小于4ms,满足控制系统控制周期要求，所用弹簧电缆为4芯电缆，2芯为24V电源的供电线，2芯为profibus数据通讯线，所用电缆芯线数与采用电流模拟量传输方式相同，但是系统的抗干扰能力大为提高。

附图说明

本实用新型上述和/或附加方面的优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为本实用新型的高精度测力传感器系统的第一结构示意图。

图2为根据本实用新型的高精度测力传感器系统的第二结构示意图。

图3位根据本实用新型的奥精度测力传感器系统的局部示意图。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本实用新型的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

以下结合附图对本实用新型进行详细说明。

一种高精度测力传感器系统，其包括拉力传感器、模数转换器、金属屏蔽盒和弹簧电缆。拉力传感器的上端连接第一法兰。弹簧电缆的下端与法兰固定后接入模数转换器，该法兰为第二法兰。所述弹簧电缆上端与Y向平台拖板固定后穿过随动平台拖缆，连接至快速随动平台上的拉力调节控制系统；在所述法兰上安装所述金属屏蔽盒，所述金属屏蔽盒内安装所述模拟数转换器，通过所述金属屏蔽盒屏蔽外界电磁场干扰，所述拉力传感器安装所述法兰与万向吊具之间，该法兰为第二法兰。所述拉力传感器的电流模拟量输出电缆连接模数转换器。具体地，拉力传感器的电流模拟量输出电缆即为所述拉力传感器的信号线，其连接至模数转换器的信号输入端。优选地，所述模数转换器为模拟量/数字量转换器。所述拉力传感器的电源线连接至供电装置。在金属屏蔽盒的内侧壁上设置连接部，模数转换器固定至连接部，例如通过紧固件连接至连接部。在金属屏蔽盒的上端设置第二法兰，优选地，第二法兰通过紧固件固定至金属屏蔽盒的上端。弹簧线缆通过第二法兰连接至模数转换器的输出端。优选地，弹簧线缆为4芯弹簧线缆，其中2芯为24V直流工作电源线，2芯为数据通讯线，即信号线。弹簧线缆从第二法兰的弹簧线缆输入口插入法兰，工作电源线和数据通讯线从第二法兰底部的的出线孔中引出至金属屏蔽盒内部，工作电源线连接至模数转换器的供电端，数据通讯线连接至模数转换器的输出端，出线孔与弹簧线缆输入口连通。

优选地，拉力传感器包括壳体、弹性体和电阻应变片。弹性体和电阻应变片设置在壳体内，弹性体的两端与壳体内部相对的两个侧面固接。在弹性体的下方设置力传递部件，所述力传递部件的上端与弹性体固定连接，在力传递部件的下端设置螺纹内孔，万向吊具的第一端，即万向吊具的上端设置有外螺纹，万向吊具的上端拧入力传递部件下端的的螺纹内孔内，将万向吊具固定至所述力传递部件，即固定至所述拉力传感器。在拉力传感器壳体的的下表面设置有第一孔，万向吊具通过第一孔伸入至拉力传感器的壳体内与力传递部件连接。拉力传感器的上端通过法兰连接模数转换器。此处的法兰为第一法兰。在拉力传感器的壳体上表面设置有紧固件安装孔，紧固件通过法兰上的紧固件安装孔与拉力传感器壳体上表面的紧固件安装孔实现第一法兰与拉力传感器的固定。模数转换器固定至第一法兰的上表面，依靠第一法兰的上表面进行支撑。第一法兰的下表面与拉力传感器的上表面接触。模数转换器的外部设置金属屏蔽盒，在金属屏蔽盒的壳体的侧面设置有多个电缆出入口，拉力传感器的信号线通过金属屏蔽盒的壳体的侧面的电缆出入口伸入金属屏蔽盒内部连接至模数转换器的输入端。模数转换器通过电源线缆与供电装置连接，该电源线缆穿过金属屏蔽盒的壳体上的电缆出入口进入金属屏蔽盒内部。并列地，模数转换器的电源设置在金属屏蔽盒内部。

模数转换器的

弹性体作为拉力传感器的弹性元件，电阻应变片设置在弹性体的表面。弹性体在外力作用下产生弹性变形，使粘贴在弹性体表面的电阻应变片也随同产生变形。电阻应变片为转换元件，电阻应变片变形后，其阻值发生变化，例如，增大或减小。电阻变化转换为电信号，例如，电压或电流，从而完成了将拉力变换为电信号的过程。

优选地，弹性体为敏感梁。

优选地，所述拉力传感器的测量范围为0-20000N，输出为4-20mA电流，非线性度为0.025％。

优选地，金属屏蔽盒尺寸大小为15cmX15cmX10cm，模数转换器的工作电压为24V。

优选地，电流模拟量输出电缆为模拟量屏蔽电缆，长度为20±2CM，缩短电流模拟量输出电缆传输距离能够减少外界电磁场干扰，保证测力传感器的精度。

优选地，所述弹簧电缆为4芯弹簧电缆。

优选地，所述模数转换器连接4芯弹簧电缆，其中2芯为24V直流工作电源线，2芯为profibus数据通讯线。所述弹簧电缆7为4芯弹簧电缆。

优选地，所述弹簧电缆的芯线直径0.5mm,阻抗为120欧姆，弹簧内径5CM，拉伸长度15米，总长度30米。

如图1至图3所示的根据本发明实施例的高精度测力传感器系统，安装在快速随动平台1上，快速随动平台包括水平快速随动系统2和拉力调节系统，高精度测力传感器系统为拉力调节系统提供拉力反馈，实现吊绳恒拉力控制的目的。高精度测力传感器系统包括拉力传感器4、模拟量\数字量转换器5、金属屏蔽盒6以及弹簧电缆7，优选地，所述弹簧电缆7为4芯弹簧电缆。

所述水平快速随动系统安装在快速随动平台的下表面，包括X及Y向导轨8、电机9、驱动机构10、拖缆11，水平快速随动系统驱动拉力调节系统沿着X，Y导轨的方向运动。

所述拉力调节系统安装在Y向平台拖板12上，包括伺服电机13、卷筒14、吊绳15、法兰16及万向吊具17；所述电机驱动卷筒旋转，滚筒上卷绕钢丝绳，钢丝绳下端依次连接法兰、万向吊具、探测器18。

所述高精度测力传感器系统的拉力传感器安装在拉力调节系统的法兰与万向吊具之间。拉力传感器4连接至万向吊具的第一端。所述万向吊具的第一端为万向吊具的上端。

优选地，所述拉力传感器的测量范围为0～20000N，输出为4～20mA电流，非线性度为0.025％。

在第一法兰上安装金属屏蔽盒，金属屏蔽盒内安装模拟量\数字量转换器，通过金属屏蔽盒屏蔽外界电磁场干扰。优选地，金属屏蔽盒尺寸大小为15cmX15cmX10cm，模拟量\数字量转换器的通讯协议选用profibus协议，工作电压为24V直流电。

优选地，拉力传感器的电流模拟量输出电缆就近连接模拟量\数字量转换器，模拟量屏蔽电缆长度约为20CM，缩短模拟量电缆传输距离可以减少外界电磁场干扰，对保证测力传感器的精度至关重要，模拟量\数字量转换器连接4芯弹簧电缆，其中2芯为24V直流工作电源线，2芯为profibus数据通讯线。

优选的，弹簧电缆可以采用数据通信电缆制作，芯线直径0.5mm,阻抗为120欧姆，弹簧内径5CM，拉伸长度15米，总长度30米，弹簧电缆下端与法兰固定后接入模拟量\数字量转换器，弹簧电缆上端与Y向平台拖板固定后穿过随动平台拖缆，接入安装在快速随动平台上的拉力调节控制系统。

优先的，Profibus总线传输速率为1.5Mbits/s,设置为等时同步模式，通讯周期为4ms,与拉力控制系统的控制周期相同。采用Profibus总线传输方式，可以使传输距离达到100m,保证数据的实时性，满足控制系统对信号采样频率的要求。

可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本实用新型的原理而采用的示例性实施方式，然而本实用新型并不局限于此。本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或全部技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“连通”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接连通，也可以通过中间媒介间接连通，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。此外，在本实用新型的描述中，除非另有说明，“至少三个”的含义是两个或两个以上。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种高精度测力传感器系统，其特征在于，其包括拉力传感器、模数转换器、金属屏蔽盒和弹簧电缆；所述弹簧电缆的下端与法兰固定后接入模数转换器，所述弹簧电缆上端与Y向平台拖板固定后穿过随动平台拖缆，连接至快速随动平台上的拉力调节控制系统；在所述法兰上安装所述金属屏蔽盒，所述金属屏蔽盒内安装所述模数转换器，通过所述金属屏蔽盒屏蔽外界电磁场干扰，所述拉力传感器安装所述法兰与万向吊具之间，所述拉力传感器的电流模拟量输出电缆连接模数转换器。

2.如权利要求1所述的高精度测力传感器系统，其特征在于，所述拉力传感器的测量范围为0-20000N，输出为4-20mA电流，非线性度为0.025％。

3.如权利要求2所述的高精度测力传感器系统，其特征在于，金属屏蔽盒尺寸大小为15cmX15cmX10cm，模数转换器的工作电压为24V。

4.如权利要求3所述的高精度测力传感器系统，其特征在于，电流模拟量输出电缆为模拟量屏蔽电缆，长度为20±2CM，缩短电流模拟量输出电缆传输距离能够减少外界电磁场干扰，保证测力传感器的精度。

5.如权利要求4所述的高精度测力传感器系统，其特征在于，所述弹簧电缆为4芯弹簧电缆。

6.如权利要求5所述的高精度测力传感器系统，其特征在于，所述模数转换器连接4芯弹簧电缆，其中2芯为24V直流工作电源线，2芯为profibus数据通讯线。

7.如权利要求6的额高精度测力传感器系统，其特征在于，所述弹簧电缆的芯线直径0.5mm,阻抗为120欧姆，弹簧内径5CM，拉伸长度15米，总长度30米。

Images