[实用新型]线性化的振弦式测力传感器

说明书

技术领域：

本实用新型涉及以振弦的频率变化而反映受力变化的传感器。

背景技术：

振弦式测力传感器是一种常用的测力传感器，它是利用振弦的固有频率同振弦受力之间的对应关系进行力的测量。其结构一般为在弓形的变形体上安装一根张紧的金属丝(作为谐振元件，通常称为振弦)。在电磁激励下，振弦按其固有频率振动。通过改变振弦的张紧力T，可以得到不同的振动频率f，即张紧力与谐振频率之间呈函数关系。因此，可以通过测量振弦的振动频率而得到传感器的受力情况，从而最终达到测力的目的。由振弦的振动频率f及振弦的变形量Δl公式： f = 1 2 l T ρ ]]>及 Δl = Tl EA ]]>可以得到振弦的变形量，即 Δl = 4 ρ f 2 l 3 EA ]]>式中：ρ——振弦的线密度，T——振弦的张紧力，λ——振弦的长度，E——振弦的弹性模量，A——振弦的横截面积。由公式可以看出，振弦的振动频率f与振弦变形量Δl之间的关系是一个接近于抛物线的非线性关系(其函数曲线如附图1所示)。

为了使传感器达到较高的技术指标，必须对它进行非线性补偿。即：需要对传感器的非线性特性进行线性化处理。因为，无论哪一种传感器在设计、制造或使用时，都希望输出量和输入量之间具有线性关系，同时这也是提高传感器精度的必要手段。目前，非线性补偿处理的方法很多，主要有：近似线性化、插值法、差动补偿法等，这些非线性补偿方法都是在后续补偿的前提下进行的，对测量元件的测量结果运用数学手段加以处理，或是难以达到所需的精度，或是要增加设备配置，或是受到硬件的限制、在某些场合实现上有一定困难。

发明内容：

本实用新型的目的在于提供一种线性化的振弦式测力传感器，它可通过传感器本身的结构直接实现线性化，且精度较高。 

本实用新型的技术解决方案如下：

整个传感器仍然由振弦和张紧振弦用的变形体所构成，其特征在于变形体的一端为六杆结构，其中相邻杆的端点之间为柔性铰链连接；待测负载通过杠杆结构传递到六杆结构中的变形输入端，振弦连接在六杆结构中的变形输出端。

本实用新型是通过对传感器本身的结构进行改变，从而对其非线性特性进行补偿。将原先直接对受力情况(即待测负载)进行测量的一级结构改变为使待测负载分成两级传递到振弦上的结构。

第一级为“力——变形”结构，输入为待测负载T，输出为变形量ΔL。该结构附加在变形体前，采用通用的杠杆结构使待测负载T同输出变形量ΔL之间有严格的线性对应关系，从而待测负载就可以表达为

                                T＝aΔL+b式中a、b为定参数，由结构本身的特性决定。这样，传感器所需测量的负载就线性地转化为第一级的输出变形。

第二级为“变形——变形”结构，输入为第一级的输出变形量ΔL，输出为振弦的变形量Δl。采用六杆结构使ΔL与Δl之间有接近于抛物线的非线性关系、而且其弯曲方向与附图1所示的弯曲方向正好相反(见附图2)。这样，通过两者的共同作用，就可以使振弦的频率同第一级的输出变形之间有基本线性的对应关系，所以就最终建立了振弦频率同待测负载之间的近似线性关系。从而达到了对于传感器的非线性补偿目的(因此，这一级结构也可以称作是非线性补偿结构，或称线性化结构)。