[发明专利]轮辐与中心销柱组合式三维力传感器

权利要求书

1.一种轮辐与中心销柱组合式三维力传感器，其特征在于：

该传感器由弹性体（1）和应变片组（2）组成，所述弹性体（1）为一整体式对称结构，由轮辐基座（3）、筋板（5）与中心销柱（4）组成，所述中心销柱（4）通过筋板（5）连接在轮辐基座（3）的中心处，中心销柱（4）面上包含四个矩形侧面，其中两两对称平行并与XY平面即轮辐基座（3）底平面垂直，所述筋板（5）为四块，其上包含八个与XY平面垂直的侧面，所述应变片组（2）包括12个应变片对，分别粘贴在弹性体（1）中的中心销柱（4）上的四个矩形侧面和四块筋板（5）的八个与XY平面垂直的侧面上，所述应变片组（2）随弹性体（1）形状变化产生应变导致电阻变化，并通过应变片组成的惠斯登电桥输出分别与三方向分力F_X、F_Y、F_Z成线性正比变化的三个电压信号。

2.根据权利要求1所述的轮辐与中心销柱组合式三维力传感器，其特征在于：

所述中心销柱（4）面上的四个矩形侧面包括：方柱第一侧面（10）、方柱第二侧面（11）、方柱第三侧面（12）及方柱第四侧面（13），其中，方柱第一侧面（10）与方柱第三侧面（12）与X轴平行，方柱第二侧面（11）与方柱第四侧面（13）与Y轴平行，四块筋板（5）上包含八个与XY平面垂直的侧面。

3.根据权利要求1或2所述的轮辐与中心销柱组合式三维力传感器，其特征在于：

所述应变片组（2）的第一应变片对（22）、第二应变片对（23）、第三应变片对（24）和第四应变片对（25）分别粘贴在中心销柱（4）的方柱第一侧面（10）、方柱第二侧面（11）、方柱第三侧面（12）和方柱第四侧面（13）上的四个侧面上，第五应变片对（26）、第六应变片对（27）、第七应变片对（28）、第八应变片对（29）、第九应变片对（30）、第十应变片对（31）、第十一应变片对（32）和第十二应变片对(33)分别粘贴在弹性体（1）中四个筋板（5）的八个侧面上。

4.根据权利要求1或2所述的轮辐与中心销柱组合式三维力传感器，其特征在于：

所述应变片组（2）中每一个应变片对均包括两个完全相同的单轴应变片，粘贴在弹性体（1）的同一侧面上的两个应变片纵向中心对称线与分力F平行的轴线方向夹角分别为45°及135°，即所述第一应变片对（22）及第三应变片对（24）中1a单轴应变片（34）、2a单轴应变片(36)的纵向中心对称轴线与X轴呈45°夹角，1b单轴应变片（35）、2b单轴应变片(37)的纵向中心对称轴线与X轴呈135°夹角；第二应变片对（23）及第四应变片对（25）中3a单轴应变片（38）、4a单轴应变片(40)的纵向中心对称轴线与Y轴呈45°夹角，3b单轴应变片（39）、4b单轴应变片(41)的纵向中心对称轴线与Y轴呈135°夹角；

粘贴在四个筋板（5）的八个侧面上八个应变片对中的两个单轴应变片的纵向对称中心线与Z方向即垂直于XY平面方向夹角分别为45°及135°。

5.根据权利要求3所述的轮辐与中心销柱组合式三维力传感器，其特征在于：

所述第一应变片对（22）及第三应变片对（24）中四个应变片组成一个惠斯顿电桥，形成用于测量X轴方向分力的全桥测量电路；第二应变片对（23）及第四应变片对（25）组成一个惠斯顿电桥，用于测量Y轴方向分力的全桥测量电路。

6.根据权利要求3所述的轮辐与中心销柱组合式三维力传感器，其特征在于：

所述第五应变片对(26)、第六应变片对(27)中的四个单轴应变片构成惠斯顿电桥，形成一个用于测量Z轴方向分力的全桥测量电路；第七应变片对(28)、第八应变片对(29)中的四个单轴应变片构成惠斯顿电桥，形成一个用于测量Z轴方向分力的全桥测量电路；第九应变片对(30)、第十应变片对(31)中的四个单轴应变片构成惠斯顿电桥，形成一个用于测量Z轴方向分力的全桥测量电路；第十一应变片对(32)、第十二应变片对(33)中的四个单轴应变片构成惠斯顿电桥，形成一个用于测量Z轴方向分力的全桥测量电路；

对上述四个用于测量Z轴方向分力的全桥测量电路输入电源并联，四个全桥测量电路中的四个正信号输出并联，形成一个正信号输出；将四个全桥测量电路中的四个负信号输出并联，形成一个负信号输出，从而形成一个测量Z轴方向分力的并联测量电路。