中心轴式维间解耦三维无线无源传感器制造技术

本发明专利技术公开了一种中心轴式维间解耦三维无线无源传感器，其包括中心轴上段、弯矩上封环、弯矩应变环、弯矩顶杆、弯矩外支撑环、弯矩内支撑环、中心轴中段、扭矩外支撑壳、扭矩传递件、扭矩应变片、轴向力应变片、轴向力传递件、中心轴下段和轴向力外支撑壳。本发明专利技术的一种中心轴式维间解耦三维力/力矩无线无源传感器，能够同时检测出耦合力中的各个分力的大小和方向，即对耦合力进行结构解耦；而且不需要连入供电线路或通过有线接口采集数据；可应用在医学领域，人体植入型传感器方向，大大减少传感器植入人体后需在人体中埋线或二次手术的环节。

【技术实现步骤摘要】
中心轴式维间解耦三维无线无源传感器
本专利技术涉及一种中心轴式维间解耦三维无线无源传感器，属于传感器

技术介绍
现阶段的多维乃至六维力传感器主要分为电阻应变式、压电式、电容式力传感器，其结构简单、灵敏且精度较高。然而这种类型的传感器均采用算法解耦，在耦合力的分离率以及响应精度上依然存在结构性的问题。传感器的构造是在一定形状的弹性元件上粘贴或用其他方法安装应变敏感元件。当力学量作用在弹性元件上时,弹性元件产生变形,应变敏感元件的阻值随之发生变化,接着由变换电路将阻值变化变成电压变化输出,根据电压变化量即可得知力的大小。当传感器在承受扭转应力和弯曲应力的结合时，现有技术中传感器往往通过将应变片组成桥路进行补偿和解耦，在机械结构上并不具备实现扭转应力，弯曲应力以及轴向力的解耦能力。现有多维/六维传感器，由于必须使用导线连接应变片，即使采用无线电进行信息传递，但电池所含电量有限故难以实现长期动态监测。
技术实现思路
本专利技术目的是提供一种中心轴式维间解耦三维无线无源传感器，其解决了上述技术问题中的一个。本专利技术解决技术问题采用如下技术方案：一种中心轴式维间解耦三维无线无源传感器，其包括中心轴上段、弯矩上封环、弯矩应变环、弯矩顶杆、弯矩外支撑环、弯矩内支撑环、中心轴中段、扭矩外支撑壳、扭矩传递件、扭矩应变片、轴向力应变片、轴向力传递件、中心轴下段和轴向力外支撑壳；所述中心轴上段的下方通过万向节连接于中心轴中段的上端；所述中心轴下段的上端固定于所述中心轴中段的下端；所述轴向力外支撑壳上固定有扭矩外支撑壳，所述扭矩外支撑壳上固定有弯矩外支撑环，所述弯矩外支撑环内设置有弯矩内支撑环，所述弯矩内支撑环设置于所述扭矩外支撑壳上；在弯矩外支撑环上形成有环形凸起，所述弯矩外支撑环上固定有弯矩上封环，在所述弯矩外支撑环外套设有弯矩应变环；所述弯矩应变环设置于所述环形凸起和弯矩上封环之间；所述弯矩上封环的下表面上形成有环状凸棱，所述环状凸棱位于所述弯矩外支撑环和弯矩内支撑环之间；所述弯矩外支撑环相对于弯矩应变环的位置沿其径向开设有多个通孔，所述多个通孔沿所述弯矩外支撑环的周向均匀分布；所述弯矩内支撑环相对于弯矩外支撑环的通孔的位置处开设有通孔，所述弯矩顶杆可滑动地设置于弯矩外支撑环的通孔以及弯矩内支撑环的通孔内，所述弯矩顶杆的一端与所述中心轴上段接触，所述弯矩顶杆的另一端与所述弯矩应变环接触；在所述弯矩应变环上粘贴磁致伸缩材料；所述中心轴中段上套设有扭矩传递件，所述扭矩传递件中心位置有一个方形通孔，所述中心轴中段套设有扭矩传递件的部分的截面与所述扭矩传递件的方形通孔的截面相同；所述中心轴中段可滑动地设置于所述扭矩传递件的方形通孔内；所述扭矩传递件长度方向的两端设置在扭矩外支撑壳和轴向力外支撑壳之间，所述扭矩应变片的一端通过第一销轴铰接于所述扭矩传递件，所述扭矩应变片的数量为2个，并且2个扭矩应变片分别铰接于所述扭矩传递件的宽度方向的两端，且2个扭矩应变片之间的夹角为180°；所述扭矩应变片的另一端开设有铰接孔，所述铰接孔内可转动地设置有第二销轴，所述第二销轴的上端固定于扭矩支撑外壳，所述第二销轴的下端固定于轴向力外支撑壳；所述第一销轴和第二销轴均与所述中心轴中段的轴心平行；在所述扭矩应变片上粘贴有磁致伸缩材料；所述轴向力传递件固定于所述中心轴中段上；所述轴向力应变片的一端通过第一铰接轴铰接于所述轴向力传递件，所述轴向力应变片的另一端通过第二铰接轴铰接于所述轴向力外支撑壳，并且，所述第一铰接轴和第二铰接轴平行设置，均垂直于所述中心轴中段的轴线；所述轴向力应变片的数量为两个，并且两个轴向力应变片之间呈180°，在所述轴向力应变片上粘贴磁致伸缩材料。可选的，所述中心轴上段的下端设置有两个上凸耳，所述上凸耳上开设有通孔，螺钉穿过上凸耳的通孔固定于十字连接滑块上，并使得十字连接滑块可以相对于上凸耳转动；所述两个上凸耳的通孔的轴线在同一直线上；所述中心轴中段的上端设置有两个下凸耳，并且在所述下凸耳上开设有通孔，螺钉穿过下凸耳的通孔固定于十字连接滑块上，并使得十字连接滑块可以相对于下凸耳转动；所述两个下凸耳的通孔的轴线在同一直线上，并且与两个上凸耳的通孔的轴线垂直相交。可选的，所述十字连接滑块呈长方体形，该长方体形长宽相等，高小于长宽；所述十字连接滑块的前后左右四个表面的中心位置均开设有螺纹孔，且四个螺纹孔的轴心在同一平面上。可选的，所述中心轴中段的下端开设有螺纹孔，所述中心轴下段的上端为螺纹轴，并且所述中心轴下段的上端通过螺纹轴和螺纹孔的配合，固定于所述中心轴中段的下端。可选的，在所述弯矩内支撑环的下端形成有外法兰，所述外法兰被夹持在扭矩外支撑壳和弯矩外支撑环之间。可选的，所述弯矩外支撑环上所开设的通孔的数量为6个，并且6个通孔在同一水平面上。可选的，所述弯矩顶杆在与中心轴上段的接触端形成有内凹型弧形端面，所述内凹型弧形端面与所述中心轴上段的外壁面相配合。可选的，所述扭矩应变片的中部厚度小于所述扭矩应变片两端的厚度。可选的，所述中心轴中段的下端形成有台阶，所述轴向力传递件设置于台阶上，并且通过中心轴下段实现轴向力传递件的固定。可选的，所述轴向力应变片的分布方向和扭矩应变片的分布方向空间垂直。本专利技术具有如下有益效果：本专利技术的一种中心轴式维间解耦三维力/力矩无线无源传感器，能够同时检测出耦合力中的各个分力的大小和方向，即对耦合力进行结构解耦；而且不需要连入供电线路或通过有线接口采集数据；可应用在医学领域，人体植入型传感器方向，大大减少传感器植入人体后需在人体中埋线或二次手术的环节。也可以在机械加工领域，安装在数控机床的刀头位置，实时监测刀具在加工中的受力情况，通过本传感反馈的加工信息，改善加工工艺提高生产效益。附图说明图1是本专利技术的中心轴式维间解耦三维无线无源传感器结构整体示意图。图2是本专利技术的中心轴式维间解耦三维无线无源传感器整体结构剖视图。图3是本专利技术的中心轴式维间解耦三维无线无源传感器立体结构爆炸图。图4是本专利技术的中心轴体整体结构示意图。图5是本专利技术的中心轴体分力结构示意图。图6是本专利技术的弯矩应变区整体结构示意图。图7是本专利技术的弯矩应变区整体结构爆炸图。图8是本专利技术的扭矩应变区整体结构示意图。图9是本专利技术的扭矩应变区整体结构爆炸图。图10是本专利技术的轴向力应变区整体结构示意图。图11是本专利技术的轴向力应变区整体结构爆炸图。图中标记示意为：1-中心轴上段；2-弯矩上封环；3-弯矩应变环；4-弯矩顶杆；5-弯矩外支撑环；6-弯矩内支撑环；7-十字连接滑块；8-中心轴中段；9-扭矩外支撑壳；10-扭矩传递件；11-扭矩应变片；12-轴向力应变片；13-轴向力传递件；14-中心轴下段；15-轴向力外支撑壳。具体实施方式下面结合实施例及附图对本专利技术本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种中心轴式维间解耦三维无线无源传感器，其特征在于，包括中心轴上段、弯矩上封环、弯矩应变环、弯矩顶杆、弯矩外支撑环、弯矩内支撑环、中心轴中段、扭矩外支撑壳、扭矩传递件、扭矩应变片、轴向力应变片、轴向力传递件、中心轴下段和轴向力外支撑壳；/n所述中心轴上段的下方通过万向节连接于中心轴中段的上端；所述中心轴下段的上端固定于所述中心轴中段的下端；/n所述轴向力外支撑壳上固定有扭矩外支撑壳，所述扭矩外支撑壳上固定有弯矩外支撑环，所述弯矩外支撑环内设置有弯矩内支撑环，所述弯矩内支撑环设置于所述扭矩外支撑壳上；/n在弯矩外支撑环上形成有环形凸起，所述弯矩外支撑环上固定有弯矩上封环，在所述弯矩外支撑环外套设有弯矩应变环；所述弯矩应变环设置于所述环形凸起和弯矩上封环之间；/n所述弯矩上封环的下表面上形成有环状凸棱，所述环状凸棱位于所述弯矩外支撑环和弯矩内支撑环之间；/n所述弯矩外支撑环相对于弯矩应变环的位置沿其径向开设有多个通孔，所述多个通孔沿所述弯矩外支撑环的周向均匀分布；/n所述弯矩内支撑环相对于弯矩外支撑环的通孔的位置处开设有通孔，所述弯矩顶杆可滑动地设置于弯矩外支撑环的通孔以及弯矩内支撑环的通孔内，所述弯矩顶杆的一端与所述中心轴上段接触，所述弯矩顶杆的另一端与所述弯矩应变环接触；在所述弯矩应变环上粘贴磁致伸缩材料；/n所述中心轴中段上套设有扭矩传递件，所述扭矩传递件中心位置有一个方形通孔，所述中心轴中段套设有扭矩传递件的部分的截面与所述扭矩传递件的方形通孔的截面相同；所述中心轴中段可滑动地设置于所述扭矩传递件的方形通孔内；/n所述扭矩传递件长度方向的两端设置在扭矩外支撑壳和轴向力外支撑壳之间，所述扭矩应变片的一端通过第一销轴铰接于所述扭矩传递件，所述扭矩应变片的数量为2个，并且2个扭矩应变片分别铰接于所述扭矩传递件的宽度方向的两端，且2个扭矩应变片之间的夹角为180°；/n所述扭矩应变片的另一端开设有铰接孔，所述铰接孔内可转动地设置有第二销轴，所述第二销轴的上端固定于扭矩支撑外壳，所述第二销轴的下端固定于轴向力外支撑壳；所述第一销轴和第二销轴均与所述中心轴中段的轴心平行；在所述扭矩应变片上粘贴有磁致伸缩材料；/n所述轴向力传递件固定于所述中心轴中段上；所述轴向力应变片的一端通过第一铰接轴铰接于所述轴向力传递件，所述轴向力应变片的另一端通过第二铰接轴铰接于所述轴向力外支撑壳，并且，所述第一铰接轴和第二铰接轴平行设置，均垂直于所述中心轴中段的轴线；/n所述轴向力应变片的数量为两个，并且两个轴向力应变片之间呈180°，在所述轴向力应变片上粘贴磁致伸缩材料。/n...

【技术特征摘要】
1.一种中心轴式维间解耦三维无线无源传感器，其特征在于，包括中心轴上段、弯矩上封环、弯矩应变环、弯矩顶杆、弯矩外支撑环、弯矩内支撑环、中心轴中段、扭矩外支撑壳、扭矩传递件、扭矩应变片、轴向力应变片、轴向力传递件、中心轴下段和轴向力外支撑壳；
所述中心轴上段的下方通过万向节连接于中心轴中段的上端；所述中心轴下段的上端固定于所述中心轴中段的下端；
所述轴向力外支撑壳上固定有扭矩外支撑壳，所述扭矩外支撑壳上固定有弯矩外支撑环，所述弯矩外支撑环内设置有弯矩内支撑环，所述弯矩内支撑环设置于所述扭矩外支撑壳上；
在弯矩外支撑环上形成有环形凸起，所述弯矩外支撑环上固定有弯矩上封环，在所述弯矩外支撑环外套设有弯矩应变环；所述弯矩应变环设置于所述环形凸起和弯矩上封环之间；
所述弯矩上封环的下表面上形成有环状凸棱，所述环状凸棱位于所述弯矩外支撑环和弯矩内支撑环之间；
所述弯矩外支撑环相对于弯矩应变环的位置沿其径向开设有多个通孔，所述多个通孔沿所述弯矩外支撑环的周向均匀分布；
所述弯矩内支撑环相对于弯矩外支撑环的通孔的位置处开设有通孔，所述弯矩顶杆可滑动地设置于弯矩外支撑环的通孔以及弯矩内支撑环的通孔内，所述弯矩顶杆的一端与所述中心轴上段接触，所述弯矩顶杆的另一端与所述弯矩应变环接触；在所述弯矩应变环上粘贴磁致伸缩材料；
所述中心轴中段上套设有扭矩传递件，所述扭矩传递件中心位置有一个方形通孔，所述中心轴中段套设有扭矩传递件的部分的截面与所述扭矩传递件的方形通孔的截面相同；所述中心轴中段可滑动地设置于所述扭矩传递件的方形通孔内；
所述扭矩传递件长度方向的两端设置在扭矩外支撑壳和轴向力外支撑壳之间，所述扭矩应变片的一端通过第一销轴铰接于所述扭矩传递件，所述扭矩应变片的数量为2个，并且2个扭矩应变片分别铰接于所述扭矩传递件的宽度方向的两端，且2个扭矩应变片之间的夹角为180°；
所述扭矩应变片的另一端开设有铰接孔，所述铰接孔内可转动地设置有第二销轴，所述第二销轴的上端固定于扭矩支撑外壳，所述第二销轴的下端固定于轴向力外支撑壳；所述第一销轴和第二销轴均与所述中心轴中段的轴心平行；在所述扭矩应变片上粘贴有磁致伸缩材料；
所述轴向力传递件固定于所述中心轴中段上；所述轴向力应变片的一端通过第一铰接轴铰接于所述轴向力传递件，所述轴向力应变片的另一端通过第二铰接轴铰接于所述轴向力外支撑壳，并且，所述第一铰接轴和第二铰接轴平行设置，均垂直于所述中心轴中段的轴线；
所述轴...

【专利技术属性】
技术研发人员：谭益松，王新宇，任立敏，
申请(专利权)人：东北电力大学，
类型：发明
国别省市：吉林;22