[发明专利]一种光电式力传感器

说明书

技术领域

 本发明涉及一种力传感器。更具体地，本发明涉及一种采用光电检测来测量力的新型传感器。 

背景技术

 力传感器是工业实践中最为常用的一种传感器，其广泛应用于铁路交通、航空航天、水利水电、管道、石化、军工、医疗卫生等众多行业；光电式力传感器是一种将光电检测与弹性敏感元件相结合的新型传感器。光电效应是一种在光的照射下，从物体发射出电子的现象；利用光电效应原理发展出光电检测，当今光电检测方法具有灵敏度高、反应快、非接触等优点，而且可测参数多；随着光电技术的发展，光电式传感器已成为系列产品，其品种及产量日益增加，在机电控制、计算机、国防科技等方面的应用都非常广泛。弹性敏感元件是由弹性材料制成的敏感元件，它可以将力、压力、力矩、振动等被测量转换成应变量或位移量，弹性敏感元件在传感器中占有很重要的地位，其设计形状、尺寸、选材和质量的优劣直接影响传感器的性能和精度，现今弹性敏感元件在压力测量方面应用广泛，具有结构简单、测量范围广、寿命长、频响特性好等优点。但至今很少有将光电检测与弹性敏感元件相结合来测量力的传感器。 

发明内容

 本发明的目的在于设计一种将光电检测与弹性敏感元件相结合的新型光电式力传感器。 

 为了实现上述目的，本发明应用ANSYS软件对所设计的弹性敏感元件进行仿真分析，提供了一种可行性设计。 

 本发明具体发明内容如下所述。 

 该光电式力传感器包括弹性敏感元件（1个），45号钢制作成的壳体（1对）和光电二极管支架Ⅰ和Ⅱ（各1个），夹布胶木制作成的绝缘套（4个），包括由一个光发射二极管和光敏二极管组成的光电二极管对（2对），密封垫片（1对），十字槽盘头螺钉(12个)和内六角螺钉（3个）。 

 壳体2与弹性体1用12个十字槽盘头螺钉固定连接，并且之间有密封垫片4密封。 

 所述弹性敏感元件1由65Mn弹簧钢制造，保证弹性敏感元件热处理后屈服强度高于700Mpa。并具备一定的力学性能，抗弹减性能，疲劳性能以及物理化学性能（耐热、耐低温、抗氧化、耐腐蚀等），从而保证所述发明传感器能够适应各种力测量环境的场合；为安装该传感器，所述弹性敏感元件1上下端开有相应的安装螺孔；所述弹性敏感元件1内部造型采用二级柔性杠杆放大机构；用ANSYS软件对弹性敏感元件进行建模，通过定义材料，划分网格，按照传感器实际受力状况添加力和约束完成仿真。 

 所述壳体2由45号钢制造，所述密封垫片4由橡胶制造，所述壳体2和密封垫片4保证传感器内部的光电二极管对的光电效应不受外部环境影响。 

 所述光电二极管对9安装于所述绝缘套7孔中，绝缘套7安装于所述支架Ⅰ5和Ⅱ6的孔中，绝缘套7与支架之间用502粘接牢固，同时保证装配后同一对光电二极管对的发射管与接收管的中心线位于同一轴线上，所述弹性敏感元件1内部二级柔性杠杆放大机构的第二级杆分别挡住不同对光电二极管对的上半部分和下半部分。

 所述光电二级管对绝缘套7由夹布胶木材料制造，绝缘电阻很大，可防止与光电二极管对的连线发生短路现象。 

  所述光电二极管对支架Ⅰ5和Ⅱ6由45号钢制造，两支架和弹性敏感元件1通过3个内六角螺钉固定连接，保证该传感器在受到冲击和跌落时内部元器件的定位精度。 

附图说明

 图1为本发明光电式力传感器的总体结构图。 

 所述图1包括总体结构图得主视图和左视图。 

 所述图1中的标号说明：1弹性敏感元件，2壳体，3十字槽盘头螺钉,4密封垫片,5光电二极管支架Ⅰ,6光电二极管支架Ⅱ,7光电二极管绝缘套,8内六角螺钉,9光电二极管对。 

 图2为本发明的弹性敏感元件结构图。 

 图3为弹性敏感元件内部二级柔性杠杆放大机构原理图。 

 图4为用ANSYS分析弹性敏感元件受力后位移图，所述图4中，弹性敏感元件上下端面受2000N力。 

 图5为用ANSYS分析弹性敏感元件受力后应力应变云图（正视），所述图5中，弹性敏感元件上下端面受2000N力。 

 图6为用ANSYS分析弹性敏感元件受力后应力应变云图（三维），所述图6中，弹性敏感元件上下端面受2000N力。 

具体实施方式

 为更清楚的理解本发明，现结合附图对本发明作进一步说明。应当指出本发明附图为量程2000N的光电式力传感器，仅为说明本发明用，并不构成对本发明的限制，本发明的保护范围由所附的权利要求书进行限定。