[发明专利]一种具有结构解耦能力的高刚度高频测力传感器

说明书

本发明公开了一种具有结构解耦能力的高刚度高频测力传感器，包括测力传感器主体和上盖，所述测力传感器主体包括中心位置处的高强度体和均匀设置在高强度体四周的四个主体应变集中体，所述测力传感器主体和上盖上均设置有位置对应的四个螺纹孔，测力传感器主体和上盖通过内六角螺钉固定连接，所述上盖的上表面中间位置设置有凸台，上盖的底部开设有凹槽，所述凹槽内设置有上盖应变集中体，四个所述主体应变集中体和上盖应变集中体上均设置有传感元件。本发明将高刚度大变形机械结构与柔性压电薄膜相结合，可测量切削力等高频力学信号；本发明具有良好的结构解耦能力、高测量灵敏度和低成本等性能，可满足实时动态监测的实际需求。

技术领域

本发明涉及传感器技术领域，具体为一种具有结构解耦能力的高刚度高频测力传感器。

背景技术

传感器(英文名称：transducer/sensor)是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将感受到的信息，按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。

传感器的特点包括：微型化、数字化、智能化、多功能化、系统化、网络化。它是实现自动检测和自动控制的首要环节。

高频力信号的采集需要用到测力传感器。目前，测力传感器应用比较广泛的是基于压电或铁电晶体的压电型，和基于弹性变形结构和电阻应变片压阻型两类。传统压电型测力传感器具有价格高昂和对高频干扰信号抑制能力较弱等缺点。而压阻型测力传感器响应频率较低等问题，难以满足高频切削力信号采集的实际需求。

基于此，本发明设计了一种具有结构解耦能力的高刚度高频测力传感器，以解决上述问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有结构解耦能力的高刚度高频测力传感器，该方案将高刚度大变形机械结构与柔性压电薄膜相结合，可用于测量切削力等高频力学信号；该测力传感器具有良好的结构解耦能力、高测量灵敏度和低成本等性能，可满足对切削力等高频力信号的实时动态监测的实际需求。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种具有结构解耦能力的高刚度高频测力传感器，包括测力传感器主体和上盖，所述测力传感器主体包括中心位置处的高强度体和均匀设置在高强度体四周的四个主体应变集中体，所述测力传感器主体的底部设置有底座，所述底座上均匀开设有四个安装孔，所述测力传感器主体和上盖上均设置有位置对应的四个螺纹孔，测力传感器主体和上盖通过内六角螺钉固定连接，所述上盖的上表面中间位置设置有凸台，上盖的底部中间位置开设有凹槽，所述凹槽内设置有上盖应变集中体，四个所述主体应变集中体和上盖应变集中体上均设置有传感元件。

作为本发明的进一步方案，所述测力传感器主体的高强度体和四个主体应变集中体与上盖、凸台、传感元件共同构成装配式结构。

作为本发明的进一步方案，所述测力传感器主体和上盖采用铝合金、不锈钢或钛合金的金属材质。

作为本发明的进一步方案，所述测力传感器主体采用中心位置处的高强度体并联四周主体应变集中体的结构方案，上盖采用截面突然变化产生应变集中的结构方案。

作为本发明的进一步方案，四个所述主体应变集中体均为圆弧形开口，圆弧形开口的轴线方向沿水平方向。

作为本发明的进一步方案，四个所述主体应变集中体与上盖应变集中体均分别呈正交设置。

作为本发明的进一步方案，所述传感元件为PVDF或其他柔性压电薄膜，所述传感元件与电荷放大器和数据采集卡电性连接，传感元件将力信号转化为电荷信号，经电荷放大和采集后对三向力信号实时动态测量。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明的测力传感器主体与上盖采用装配式结构，各方向测量单元之间影响较小，可有效减小维间耦合；