由十字梁形二维力矩传感器和重锤构成的倾角传感器制造技术

由十字梁形二维力矩传感器和重锤构成的倾角传感器，是一种测量其基准面与水平面夹角的传感器，属传感器类。倾角传感器是倾角仪和倾角传感系统的核心部件。本实用新型专利技术实现了０－３６０°全范围测量，而且结构简单，特别是精度高。传感器的外壳与中心块通过四根应变梁相连。应变梁上的应变片构成的两个桥路可以分别测量重锤的重力所产生的纵向和横向力矩。两个桥路的输出与倾角的关系是θ＝Ａｒｃ ｔａｎ（－Ｕ２／Ｕ１）。（*该技术在2011年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及信息领域的一种能够测量传感器基准面与水平面的夹角的传感器，特别涉及一种由十字梁形二维力矩传感器和重锤构成的倾角传感器，属于传感器类。
技术介绍
测量传感器基准面与水平面夹角的倾角传感器是倾角仪和倾角传感系统产品的核心。倾角传感器已有多种，但这些传感器测量角度的范围小，一般不能实现0-360°全范围测量，而且结构复杂，特别是精度不高。本技术的目的是提出一种由十字梁形二维力矩传感器和重锤构成的倾角传感器，该传感器能实现传感器基准面与水平面0-360°夹角的全范围测量，而且结构简单，特别是精度高。本技术的技术方案由十字梁形二维力矩传感器和重锤构成的倾角传感器，是一种测量传感器基准面与水平面夹角的传感器，该十字梁形二维力矩传感器由中心块、外壳和四根应变梁构成。外壳与中心块通过四根应变梁相连，四根应变梁的尺寸和形状相同，在立平面上相间90°成十字梁形分布。上、下两个应变梁统称纵向应变梁，左、右两个应变梁统称横向应变梁，在纵向应变梁和横向应变梁上各有多个应变电阻。传感器的中心块与重锤由中心杆相连，构成倾角传感器。由纵向应变梁和横向应变梁上的应变电阻构成的两个桥路可以分别测量纵向和横向力矩的大小。桥路输出和重锤所产生的力矩成正比，当传感器处于θ倾角位置时，倾角θ与纵向输出U1和横向输出U2的关系式为θ＝Arc tan(-U2/U1)。同时根据U1和U2的正、负号，就可以知道θ角所在象限，实现0-360°全范围测量。本技术的有益效果是1.传感器的稳定性好、寿命长、工作条件无严格要求；2.传感器的纵向和横向应变梁位置相差90°是由机械加工实现的，加工精度高；3.二维力矩传感器是整体加工的，传感器应变梁的形状、尺寸、材料和温度相同，因而性能一致性好，精度高；4.传感器没有自由端点，因而零位准确性高；5.由于传感器的应变梁四周皆固定在外壳上，因而结构稳定性好，能承受较大冲击和振动，更符合实用要求。图面说明附图说明图1是由十字梁形二维力矩传感器和重锤构成的倾角传感器结构示意图。图2是传感器基准面与水平面的倾角为θ角时的坐标关系。以下结合附图对本技术作进一步说明图1是由十字梁形二维力矩传感器和重锤构成的倾角传感器的结构示意图。图中OXYZ是参考坐标系，OXsYsZs是传感器坐标系。传感器是由中心块(1)、外壳(2)和四根应变梁(3，4，5，6)构成。外壳(2)通过四根应变梁(3，4，5，6)与中心块(1)相连，四根应变梁(3，4，5，6)的尺寸和形状相同，在XsOZs平面上相间90°成十字梁形分布。上、下两个应变梁(3，5)统称纵向应变梁，左、右两个应变梁(4，6)统称横向应变梁，在纵向应变梁(3，5)和横向应变梁(4，6)上各有多个应变电阻(9)。传感器的中心块(1)与重锤(7)由中心杆(8)相连。由纵向应变梁和横向应变梁上的应变电阻构成的两个桥路可以分别测量纵向和横向力矩的大小。桥路输出和重锤所产生的力矩成正比。当传感器处于θ倾角位置时(见图2)，桥路输出分别为纵向输出U1＝-kmgL Cosθ；横向输出U2＝kmgL Sinθ其中k-比例系数m-重锤质量g-重力加速度L-中心杆长度纵向输出U1和横向输出U2的正负号取决于重锤的重力所产生的力矩方向与坐标系正方向的关系。根据以上表达式可以得到tanθ＝-U2/U1所以θ＝Arc tan(-U2/U1)根据传感器纵向输出U1和横向输出U2值，就可以计算求得倾角θ。同时根据U1和U2的正负号，可以知道θ角所在象限，实现0-360°全范围测量。上述十字梁形二维力矩传感器和重锤的材料可以是金属，半导体，硅或陶瓷；其应变电阻可以是金属丝，箔式应变片，固化的应变电阻浆料或半导体应变片。传感器的输出经放大单元放大，再由数据处理单元进行数据采集和数据处理、计算，就可以求得倾角θ的值，成为倾角仪。倾角仪与数显单元结合，成为数显倾角仪；倾角传感器的输出也可以送到计算机系统进行相应的采集，处理和计算，构成倾角传感系统。本技术结构的优点是1.传感器的稳定性好、寿命长、工作条件无特殊要求；2.传感器的纵向和横向应变梁位置相差90°是由机械加工实现的，加工精度高；3.力矩传感器是整体加工的，四根应变梁的形状、尺寸、材料和温度相同因而性能一致性好，精度高；4.传感器没有自由端点，因而零位准确；5.由于传感器应变梁四周皆固定在外壳上，因而结构稳定性好，能承受较大冲击和振动，更符合实用要求。权利要求1.一种倾角传感器，它能测量传感器基准面与水平面夹角，是倾角仪和倾角传感系统的核心，其特征在于一种由十字梁形二维力矩传感器和重锤构成的倾角传感器，传感器是由中心块(1)、外壳(2)和四根应变梁(3，4，5，6)构成。外壳(2)通过四根应变梁(3，4，5，6)与中心块(1)相连，四根应变梁(3，4，5，6)的尺寸和形状相同，在XsOZs平面上相间90°成十字梁形分布，上、下两个应变梁(3，5)统称纵向应变梁，左、右两个应变梁(4，6)统称为横向应变梁，在纵向应变梁和横向应变梁上各有多个应变电阻(9)，传感器的中心块(1)与重锤(7)由中心杆(8)相连，由纵向应变梁和横向应变梁上的应变电阻(9)构成的两个桥路可以分别测量重锤(7)在纵向应变梁和横向应变梁上所产生的纵向和横向力矩，桥路输出和重锤所产生的力矩成正比，当传感器处于倾角θ位置时，根据传感器纵向输出U1和横向输出U2值，就可以计算倾角θ，同时根据U1和U2的正、负号，就可以知道θ角所在象限，实现0-360°全范围测量。2.根据权利要求1所述的一种由十字梁形二维力矩传感器和重锤构成的倾角传感器，其十字梁形二维力矩传感器和重锤的材料可以是金属，半导体，硅或陶瓷；其应变电阻可以是金属丝，箔式应变片，固化的应变浆料或半导体应变片。专利摘要由十字梁形二维力矩传感器和重锤构成的倾角传感器,是一种测量其基准面与水平面夹角的传感器,属传感器类。倾角传感器是倾角仪和倾角传感系统的核心部件。本技术实现了0-360°全范围测量,而且结构简单,特别是精度高。传感器的外壳与中心块通过四根应变梁相连。应变梁上的应变片构成的两个桥路可以分别测量重锤的重力所产生的纵向和横向力矩。两个桥路的输出与倾角的关系是θ=Arc tan(－U2/U1)。文档编号G01C9/00GK2492832SQ01217909公开日2002年5月22日 申请日期2001年3月14日 优先权日2001年3月14日专利技术者易秀芳 申请人:易秀芳本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种倾角传感器，它能测量传感器基准面与水平面夹角，是倾角仪和倾角传感系统的核心，其特征在于：一种由十字梁形二维力矩传感器和重锤构成的倾角传感器，传感器是由中心块（１）、外壳（２）和四根应变梁（３，４，５，６）构成。外壳（２）通过四根应变梁（３，４，５，６）与中心块（１）相连，四根应变梁（３，４，５，６）的尺寸和形状相同，在ＸｓＯＺｓ平面上相间９０°成十字梁形分布，上、下两个应变梁（３，５）统称纵向应变梁，左、右两个应变梁（４，６）统称为横向应变梁，在纵向应变梁和横向应变梁上各有多个应变电阻（９），传感器的中心块（１）与重锤（７）由中心杆（８）相连，由纵向应变梁和横向应变梁上的应变电阻（９）构成的两个桥路可以分别测量重锤（７）在纵向应变梁和横向应变梁上所产生的纵向和横向力矩，桥路输出和重锤所产生的力矩成正比，当传感器处于倾角θ位置时，根据传感器纵向输出Ｕ１和横向输出Ｕ２值，就可以计算倾角θ，同时根据Ｕ１和Ｕ２的正、负号，就可以知道θ角所在象限，实现０－３６０°全范围测量。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：易秀芳，
申请(专利权)人：易秀芳，
类型：实用新型
国别省市：34[中国|安徽]