一种大量程的三维力传感器的制作方法

本申请涉及传感器的领域，尤其是涉及一种大量程的三维力传感器。

背景技术：

1、目前，三维力传感器作为测量力的元器件，三维力传感器被广泛地应用在各个机械领域中。

2、相关技术中，三维力传感器包括弹性体和外套筒，弹性体呈圆柱体结构，弹性体上设有应变梁，应变梁上贴有用于感应力的应变片，外套筒贴紧弹性体外侧壁设置，外套筒用于保护弹性体上的应变片。弹性体的两端面均连接于待测设备，当弹性体两端面受力情况不同时，弹性体发生形变，弹性体上的应变片将力的信号转换为电信号输出，从而三维力传感器能够起到对待测设备测量的功能。

3、针对上述中的相关技术，应变梁的最大形变量有限，因此三维力传感器的最大量程有限。

技术实现思路

1、为了增大三维力传感器的测量范围，本申请提供一种大量程的三维力传感器。

2、本申请提供的一种大量程的三维力传感器采用如下的技术方案：

3、一种大量程的三维力传感器，包括弹性体，所述弹性体包括依次排布的上受力块、下受力块和应变梁，所述应变梁一端连接于所述上受力块，所述应变梁另一端连接于所述下受力块；所述上受力块的轴线和所述下受力块的轴线共线，所述应变梁的数量至少为二，所述应变梁沿所述上受力块的轴线周向均匀分布。

4、通过采用上述技术方案，为了保证三维力传感器良好的测量灵敏性，单个应变梁的最大弹性系数不能超过一定值，因此单个应变梁能够测量的最大力有限；上受力块与下受力块之间设置有多个应变梁，且全部应变梁沿上受力块轴线周向均匀分布，因此全部应变梁能够同时承受的力更大，因此本方案能够增大三维力传感器的测量范围。同时，根据各个应变梁的形变情况还能够判断出本方案中，上受力块与下受力块之间各个区域的受力情况。

5、优选的，还包括内套筒件和外套筒件，所述上受力块和所述下受力块均为圆环形柱状体，所述内套筒件与所述上受力块内壁贴合，所述内套筒件与所述下受力块内壁贴合，所述外套筒件与所述上受力块的外侧壁贴合，所述外套筒件与所述下受力块的外侧壁贴合。

6、通过采用上述技术方案，上受力块、下受力块、内套筒件和外套筒件将应变梁包围，因此内套筒件和外套筒件能够对应变梁上的应变片起到保护作用。同时，内套筒件和外套筒件还能够对弹性体起到限位作用，减少了测量过程中弹性体发生轴向弯曲形变的可能性，提高了本方案的测量精度。

7、优选的，所述上受力块远离所述下受力块一端面上设置有卡接环，所述卡接环贴紧所述下受力块的内侧壁设置，所述内套筒件外壁凸出设有适配于所述卡接环的卡接件。

8、通过采用上述技术方案，在卡接环与卡接件的作用下，内套筒件与上受力块之间可拆卸连接，本方案中的内套筒件拆装更加便捷。

9、优选的，还包括底盖板，所述底盖板可拆卸连接于所述下受力块远离所述上受力块的端面。

10、通过采用上述技术方案，底盖板能够对下受力块起保护作用，同时底盖板还能避免灰尘沿下受力块与内套筒件之间的间隙端面进入中心体内，降低了灰尘与应变片接触的可能性。

11、优选的，所述弹性体还包括连接块，所述连接块与所述下受力块同轴设置，所述连接块呈圆环形柱状体，所述连接块的内侧壁与所述下受力块的外侧壁连接，所述连接块靠近所述上受力块的端面用于与待测设备连接。

12、通过采用上述技术方案，连接块与一个待测设备一端连接，上受力块与待测设备另一端连接，且由于连接块外径大于上受力块的外径，因此本方案在传递力的过程中能够带动应变梁发生不平行于上受力块轴向的拉伸，使得单个应变梁具有更大的形变，且全部应变梁的受力角度各不相同，从而使得本方案的测量范围，同时提高了本方案的测量精度。同时由于连接块靠近上受力块的端面用于与待测设备连接，因此本方案传递拉力的过程中，待测设备能够与连接块靠近上受力块的端面相抵，从而提高了力的传递效果，提高了测量精度。

13、优选的，所述弹性体还包括多个连接条，所述连接条一端连接于所述连接块的内侧壁，所述连接条另一端连接于所述下受力块的外侧壁，所述连接条沿所述下受力块的轴线周向均匀分布，相邻两个所述连接条之间具有间隙。

14、通过采用上述技术方案，在连接条的作用下，连接块与下受力块之间的力的传递更加集中，因此本方案能够进一步提高测量精度。

15、优选的，所述连接条上设置有过渡弧，所述过渡弧设置于所述连接条与所述下受力块的连接处。

16、通过采用上述技术方案，在过渡弧的作用下，连接块与连接条之间的接触更加充分，且当连接块与连接条之间传递力的过程中，连接条于过渡弧处能够产生更大的弹性形变，从而提高力的传递效率。

17、优选的，所述下受力块远离上受力块一端凸出形成连接柱，所述连接柱与所述下受力块同轴设置，所述连接柱外径小于所述下受力块外径，所述连接块的内侧壁与所述连接柱的外侧壁向连接。

18、通过采用上述技术方案，连接柱与连接块同层排布，连接柱与下受力块分层排布，因此在连接柱的作用下，连接块与下受力块分层排布，又由于连接柱外径小于下受力块外径，因此在力的传递过程中连接柱更加易于发生弹性形变，因此本方案具有更佳的力传递效率。

19、综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：

20、1.为了保证三维力传感器良好的测量灵敏性，单个应变梁的最大弹性系数不能超过一定值，因此单个应变梁能够测量的最大力有限；上受力块与下受力块之间设置有多个应变梁，且全部应变梁沿上受力块轴线周向均匀分布，因此全部应变梁能够同时承受的力更大，因此本方案能够增大三维力传感器的测量范围。同时，根据各个应变梁的形变情况还能够判断出本方案中，上受力块与下受力块之间各个区域的受力情况；

21、2.上受力块、下受力块、内套筒件和外套筒件将应变梁包围，因此内套筒件和外套筒件能够对应变梁上的应变片起到保护作用。同时，内套筒和外套筒还能够对弹性体起到限位作用，减少了测量过程中弹性体发生轴向弯曲形变的可能性，提高了本方案的测量精度；

22、3.连接块与一个待测设备一端连接，上受力块与待测设备另一端连接，且由于连接块外径大于上受力块的外径，因此本方案在传递力的过程中能够带动应变梁发生不平行于上受力块轴向的拉伸，使得单个应变梁具有更大的形变，且全部应变梁的受力角度各不相同，从而使得本方案的测量范围，同时提高了本方案的测量精度。同时由于连接块靠近上受力块的端面用于与待测设备连接，因此本方案传递拉力的过程中，待测设备能够与连接块靠近上受力块的端面相抵，从而提高了力的传递效果，提高了测量精度。

技术特征：

1.一种大量程的三维力传感器，其特征在于：包括弹性体(1)，所述弹性体(1)包括依次排布的上受力块(12)、下受力块(13)和应变梁(11)，所述应变梁(11)一端连接于所述上受力块(12)，所述应变梁(11)另一端连接于所述下受力块(13)；所述上受力块(12)的轴线和所述下受力块(13)的轴线共线，所述应变梁(11)的数量至少为二，所述应变梁(11)沿所述上受力块(12)的轴线周向均匀分布。

2.根据权利要求1所述的一种大量程的三维力传感器，其特征在于：还包括内套筒件(2)和外套筒件(3)，所述上受力块(12)和所述下受力块(13)均为圆环形柱状体，所述内套筒件(2)与所述上受力块(12)内壁贴合，所述内套筒件(2)与所述下受力块(13)内壁贴合，所述外套筒件(3)与所述上受力块(12)的外侧壁贴合，所述外套筒件(3)与所述下受力块(13)的外侧壁贴合。

3.根据权利要求2所述的一种大量程的三维力传感器，其特征在于：所述上受力块(12)远离所述下受力块(13)一端面上设置有卡接环(121)，所述卡接环(121)贴紧所述下受力块(13)的内侧壁设置，所述内套筒件(2)外壁凸出设有适配于所述卡接环(121)的卡接件(21)。

4.根据权利要求2所述的一种大量程的三维力传感器，其特征在于：还包括底盖板(4)，所述底盖板(4)可拆卸连接于所述下受力块(13)远离所述上受力块(12)的端面。

5.根据权利要求1所述的一种大量程的三维力传感器，其特征在于：所述弹性体(1)还包括连接块(14)，所述连接块(14)与所述下受力块(13)同轴设置，所述连接块(14)呈圆环形柱状体，所述连接块(14)的内侧壁与所述下受力块(13)的外侧壁连接，所述连接块(14)靠近所述上受力块(12)的端面用于与待测设备连接。

6.根据权利要求5所述的一种大量程的三维力传感器，其特征在于：所述弹性体(1)还包括多个连接条(15)，所述连接条(15)一端连接于所述连接块(14)的内侧壁，所述连接条(15)另一端连接于所述下受力块(13)的外侧壁，所述连接条(15)沿所述下受力块(13)的轴线周向均匀分布，相邻两个所述连接条(15)之间具有间隙。

7.根据权利要求6所述的一种大量程的三维力传感器，其特征在于：所述连接条(15)上设置有过渡弧(151)，所述过渡弧(151)设置于所述连接条(15)与所述下受力块(13)的连接处。

8.根据权利要求5所述的一种大量程的三维力传感器，其特征在于：所述下受力块(13)远离上受力块(12)一端凸出形成连接柱(131)，所述连接柱(131)与所述下受力块(13)同轴设置，所述连接柱(131)外径小于所述下受力块(13)外径，所述连接块(14)的内侧壁与所述连接柱(131)的外侧壁向连接。

技术总结
本申请涉及一种大量程的三维力传感器，其包括弹性体，所述弹性体包括依次排布的上受力块、下受力块和应变梁，所述应变梁一端连接于所述上受力块，所述应变梁另一端连接于所述下受力块；所述上受力块的轴线和所述下受力块的轴线共线，所述应变梁的数量至少为二，所述应变梁沿所述上受力块的轴线周向均匀分布。本申请具有增大三维力传感器的测量范围的效果。

技术研发人员：沈力,吴美贞
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：20230117
技术公布日：2024/1/12