一种复合测力传感器及其测力方法与流程

本发明涉及传感器结构，具体涉及一种复合测力传感器及其测力方法。

背景技术：

1、传感器指的是一种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，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求的检测装置；目前，随着传感器技术的发展，用于测力的传感器已经衍生出负荷绳传感器、压电传感器、压阻传感器、力敏传感器等多种类型。

2、其中，根据测力原理的不同，本领域技术人员发现了不同的测力传感器具备不同的特性，分别适用于不同的测量场景；例如，压电传感器指的是利用压电石英晶体的压电效应，将受力产生的压力转化为电荷输出的传感器，其具备高响应频率、高刚度的优点，被大量用于动态测力的场合，具有高响应频率的优势；压阻传感器指的是利用电阻片作为测量元件的传感器，具备高精度、低响应频率的优点，被广泛用于测量静态力或准静态力的场景。

3、理论上，应针对动态力测量场景设置压电传感器，针对静态力测量场景设置压阻传感器，但在大多测量场景中，动态与静态之间是会经常变化的，无论选用哪一种传感器都无法准确地还原整体的力变化过程。对此，本领域技术人员提出了压电传感器与压阻传感器复合的测量系统，压电传感器对应地连接有动态信号采集仪，压阻传感器对应地连接有静态应变采集箱，该方案本质上是同时输出两种测力信号，以同时取得动态力与静态力。但是，上述方案中需要对同时获得的动态力与静态力进行后处理，才能够还原出整体的受力过程，对于材料测试、体育测试等测试而言，往往需要实时获取力的大小，即上述方案存在响应缓慢的优点。

4、因此，有必要开发一种新的传感器，解决当前传感器无法以较高的响应速度完成动静态复合力测试的技术问题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种复合测力传感器及其测力方法，以解决目前传感器无法以较高的响应速度完成动静态复合力测试的技术问题。

2、为达此目的，本发明采用以下技术方案：

3、一种复合测力传感器，包括分体设置的受力部与弹性部；

4、所述弹性部包括靠近所述受力部设置的上弹性端部和远离所述受力部设置的下弹性端部，所述上弹性端部与所述下弹性端部之间连接有过渡弹性部，所述过渡弹性部的截面积分别小于所述上弹性端部的截面积及所述下弹性端部的截面积；

5、所述上弹性端部朝向所述受力部的一侧安装有压电晶体组件，所述下弹性端部远离所述受力部的一侧对应所述过渡弹性部的位置开设有静力槽，所述静力槽的槽底壁上安装有压阻传感组件；

6、所述复合测力传感器还包括输出模块，所述输出模块分别与所述压电晶体组件及所述压阻传感组件电连接，用于在加载力为动态力时输出所述压电晶体组件的电信号，在加载力为静态力时输出所述压阻传感组件的电信号。

7、可选地，所述上弹性端部的上边沿开设有环状的阶梯槽，所述阶梯槽外套设有套筒，所述受力部与所述套筒的内壁留有间隙；

8、所述套筒的上边沿开设有活动槽，所述受力部的外壁环设有活动块，所述活动块套设于所述活动槽中，并能相对于活动槽升降。

9、可选地，所述输出模块包括控制模块和安装于所述受力部上的振动传感器；

10、所述振动传感器与所述控制模块电连接，用于检测高频信号并将所述高频信号传输至所述控制模块，所述控制模块用于当接收到所述高频信号时，所述压电晶体组件的电信号。

11、可选地，所述上弹性端部与所述下弹性端部之间设置有呈环状的低压环绕部，所述低压环绕部环设于所述过渡弹性部的外侧；其中，所述低压环绕部、所述过渡弹性部、上弹性端部及所述下弹性端部围设形成低压腔体；

12、所述输出模块包括控制模块和设置于所述低压腔体中的气压传感器，所述低压腔体的初始气压低于所述气压传感器的气压测量范围，所述气压传感器的测量频率小于所述动态力的频率；

13、所述气压传感器与所述控制模块电连接，控制模块用于当所述气压传感器输出气压信号时输出所述压阻传感组件的电信号。

14、可选地，所述低压环绕部包括第一半环部与第二半环部，所述第一半环部与所述第二半环部对接设置并环绕于所述过渡弹性部外；

15、其中，所述第一半环部的一端部与所述第二半环部的一端部胶接，并形成抽气部；所述第一半环部的另一端部与所述第二半环部的另一端部胶接，并形成气压引线部，所述气压引线部穿设有气压导线，所述气压导线的一端伸入所述低压腔体中并与所述气压传感器电连接。

16、可选地，所述上弹性端部对应所述低压环绕部的位置凸设有上环部，所述下弹性端部对应所述低压环绕部的位置凸设有下环部，所述上环部与所述下环部之间留有供所述气压传感器放入所述低压腔体的间距；

17、所述低压环绕部的上边沿套设于所述上环部外，所述低压环绕部的下边沿套设于所述下环部外。

18、可选地，所述上环部与所述下环部之间设置有环形的弹性圈，所述弹性圈套设于所述过渡弹性部外；

19、所述弹性圈对应所述抽气部的位置开设有第一避让孔，所述弹性圈对应所述气压导线的位置开设有第二避让孔；所述气压导线的一端穿过所述第二避让孔，并伸入所述低压腔体中并与所述气压传感器电连接；所述气压导线的另一端延伸至所述低压环绕部外。

20、可选地，所述低压环绕部对应所述弹性圈的位置开设有安装槽，所述弹性圈的外层嵌入所述安装槽中，所述弹性圈的内层分别与所述上环部及所述下环部抵接。

21、可选地，所述过渡弹性部包括上弹性部与下弹性部，所述上弹性部与所述下弹性部通过胶接连接。

22、一种测力方法，应用于如上所述的复合测力传感器上，包括：

23、判断加载力是否动态力；

24、若是，则输出压电晶体组件的电信号；若否，则输出压阻传感组件的电信号。

25、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

26、本发明提供的复合测力传感器及其测力方法，进行力测试时，将受力部与待测对象相连，待测对象所受的力可通过受力部作用于压电晶体组件，压电晶体组件能够检测到动态力；接着，待测对象所受的力还可依次通过受力部、压电晶体组件及过渡弹性部作用于下弹性端部，由于静力槽对应过渡弹性部设置，因此过渡弹性部受压形变时，静力槽的槽底壁会发生形变，由此压阻传感组件同时形变，使得压阻传感组件的阻值发生改变，从而检测到静态力；最后，由输出模块根据加载力的状态，输出压电晶体组件的电信号或压阻传感组件的电信号，实现动态力与静态力的交替输出，从而直接还原待测对象的整体受力过程；其中，由于动态力由压电晶体组件输出，静态力由压阻传感组件输出，可以保证检测过程中的整体精度，并且采用择一输出的形式，省去信号复合处理的过程，具备响应速度高的优点；因此，本发明中的复合测力传感器及其测力方法，能够完成动静态复合力测试，并具备响应速度高且精度高的优点。

技术特征：

1.一种复合测力传感器，其特征在于，包括分体设置的受力部（10）与弹性部（20）；

2.根据权利要求1所述的一种复合测力传感器，其特征在于，所述上弹性端部（21）的上边沿开设有环状的阶梯槽（211），所述阶梯槽（211）外套设有套筒（80），所述受力部（10）与所述套筒（80）的内壁留有间隙；

3.根据权利要求1所述的一种复合测力传感器，其特征在于，所述输出模块包括控制模块和安装于所述受力部（10）上的振动传感器；

4.根据权利要求1所述的一种复合测力传感器，其特征在于，所述上弹性端部（21）与所述下弹性端部（22）之间设置有呈环状的低压环绕部（50），所述低压环绕部（50）环设于所述过渡弹性部（23）的外侧；其中，所述低压环绕部（50）、所述过渡弹性部（23）、上弹性端部（21）及所述下弹性端部（22）围设形成低压腔体（501）；

5.根据权利要求4所述的一种复合测力传感器，其特征在于，所述低压环绕部（50）包括第一半环部（510）与第二半环部（520），所述第一半环部（510）与所述第二半环部（520）对接设置并环绕于所述过渡弹性部（23）外；

6.根据权利要求5所述的一种复合测力传感器，其特征在于，所述上弹性端部（21）对应所述低压环绕部（50）的位置凸设有上环部（201），所述下弹性端部（22）对应所述低压环绕部（50）的位置凸设有下环部（202），所述上环部（201）与所述下环部（202）之间留有供所述气压传感器放入所述低压腔体（501）的间距；

7.根据权利要求6所述的一种复合测力传感器，其特征在于，所述上环部（201）与所述下环部（202）之间设置有环形的弹性圈（700），所述弹性圈（700）套设于所述过渡弹性部（23）外；

8.根据权利要求7所述的一种复合测力传感器，其特征在于，所述低压环绕部（50）对应所述弹性圈（700）的位置开设有安装槽（502），所述弹性圈（700）的外层嵌入所述安装槽（502）中，所述弹性圈（700）的内层分别与所述上环部（201）及所述下环部（202）抵接。

9.根据权利要求7所述的一种复合测力传感器，其特征在于，所述过渡弹性部（23）包括上弹性部（231）与下弹性部（232），所述上弹性部（231）与所述下弹性部（232）通过胶接连接。

10.一种测力方法，其特征在于，应用于如权利要求1-9中任意一项所述的复合测力传感器上，包括：

技术总结
本发明公开了一种复合测力传感器及其测力方法，包括分体设置的受力部与弹性部；弹性部包括上弹性端部和下弹性端部，上弹性端部与下弹性端部之间连接有过渡弹性部；上弹性端部安装有压电晶体组件，下弹性端部安装有压阻传感组件；其还包括输出模块；输出模块根据加载力的状态，输出压电晶体组件的电信号或压阻传感组件的电信号，实现动态力与静态力的交替输出，从而直接还原待测对象的整体受力过程；由于动态力由压电晶体组件输出，静态力由压阻传感组件输出，可以保证检测过程中的整体精度，并且采用择一输出的形式，省去信号复合处理的过程，具备响应速度高的优点；因此，本申请能够完成动静态复合力测试，并具备响应速度高且精度高的优点。

技术研发人员：沈力,吴浩
受保护的技术使用者：深圳市鑫精诚传感技术有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/25