[发明专利]一种三维力传感器

说明书

技术领域

本发明属于多维力测量技术领域，具体涉及一种三维力传感器。

背景技术

维间耦合是多维力传感器测量多维力时的一个普遍现象，维间耦合会降低测量精度；维间耦合指的是多维力传感器在测量某一个方向的作用力时，不仅在该力的方向上有信号输出，而且在与该力垂直的方向上也会产生不应有的信号输出，从而产生测量误差。

 目前，普遍使用的基于电阻应变片的三维力多维力传感器，需要在传感器基体上的不同方位（敏感部位）贴若干个电阻应变片，通过各个应变片测出传感器基体上应变片所在位置的变形再计算出传感器所受到的力。由于维间耦合现象的存在，三维力传感器需要使用复杂的解耦技术，才能减小耦合误差，得到较为准确的结果。耦合是个复杂的非线性问题，而且受到传感器加工和贴片技术等因素影响，完全解耦几乎不可能做到；因此，三维力传感器一般需要很专业的技术人员去做，而且制作工艺复杂，成本较高。专利号为200810019550.2的“气浮式多维力传感器及多维力测量方法”中公开了一种气浮式多维力测量方法，它的原理是用16个气浮喷嘴将浮板完全浮起，通过测量气浮喷嘴中特定部位的气体压力来换算出喷嘴受到的浮力，进而计算出浮板上受到的作用力。气浮测力传感器可以避免维间耦合，但结构较为复杂，成本较高。现实工作中，在某些测量精度要求不高的场合例如人体脚力的测量等，希望有一种结构简单、成本较低、制作简便的三维力传感器。

发明内容

 为了解决某些测量精度要求不高的场合例如人体脚力的测量等问题，本发明提供一种结构简单、成本较低、制作简便的三维力传感器。

本发明三维力传感器包括立方体的传感器本体，传感器本体顶面中部设有凹槽，凹槽内设有测力平台；传感器本体的凹槽底部均布开设有尺寸相同的四个垂直通孔，四个垂直通孔的轴线相互平行，且垂直于正方形凹槽；所述垂直通孔的下部为垂直螺纹孔，与垂直螺纹孔配合设有垂直调整螺钉，所述每只垂直调整螺钉的上部的垂直螺纹孔内依次向上设有垂直一维力传感器和垂直钢球，与每只垂直钢球对应的测力平台底面开设有底面定位盲孔，每只垂直钢球的大部分对应位于相应的底面定位盲孔内；所述凹槽的侧壁上均布开设有四个以上的水平通孔，四个以上的水平通孔的轴线在同一平面内，且与四个垂直通孔相垂直；每个水平通孔的外端为水平螺纹孔，与水平螺纹孔配合设有水平调整螺钉，所述水平调整螺钉的内端依次设有水平一维力传感器和水平钢球，与每只水平钢球对应的测力平台侧面开设有侧定位盲孔，每只水平钢球的大部分对应位于相应的侧定位盲孔内；

所述每个底面定位盲孔的直径略大于垂直钢球的直径，深度大于垂直钢球的半径，小于垂直钢球的直径；四个底面定位盲孔的直径和深度相同；

所述侧定位盲孔的直径略大于水平钢球的直径，深度大于水平钢球的半径，小于水平钢球的直径；与四个以上的水平钢球对应的侧定位盲孔的直径和深度相同。

所述传感器本体顶面中部设有正方形凹槽，正方形凹槽内设有立方形的测力平台；正方形凹槽内的每一侧壁上均布开设有二个水平通孔。

所述垂直一维力传感器和水平一维力传感器相同，均为电阻式测力传感器或电感式测力传感器或电容式测力传感器或压电式测力传感器。

本发明所述的三维力指的是相互垂直的三个力，即沿某个空间直角坐标系的三个坐标轴方向的力。

本发明的积极效果是：用12只普通的一维力传感器组合成三维力传感器，结构简单，对制造技术要求低。测量三维力时维间耦合较小，由于一维力传感器可以达到很高精度，因而本发明在测量三维力时可获得较高精度。

附图说明

图1是本发明结构示意图。

图2是图1的B-B剖视图。

上图中序号：传感器本体1、测力平台2、正方形凹槽3、垂直调整螺钉11、垂直一维力传感器12、垂直钢球13、底面定位盲孔14、垂直通孔15、水平调整螺钉21、水平一维力传感器22、水平钢球23、侧定位盲孔24、水平通孔25。

具体实施方式

  下面结合附图，通过实施例对本发明作进一步地描述。

  实施例：