[发明专利]一种高精度动态六向力传感器

说明书

本发明涉及一种高精度动态六向力传感器，包括弹性体、连接在弹性体上下表面的连接板，连接板上开设有沟槽，弹性体内表面粘贴有敏感元件，该敏感元件的连接线经沟槽引出。与现有技术相比，本发明适用于各种工程结构试验，能同时准确测得试验模型中的轴力、剪力、弯矩和扭矩，功能强大、性能稳定、耐用高强，其测量结果尤其是动态测量结果准确可靠。

技术领域

本发明属于土木工程、工程结构试验测量技术领域，尤其是涉及一种高精度动态六向力传感器。

背景技术

当前，在工程结构试验中测量结构内力的方法有应变片法和力传感器法。

应变片法，即在结构需要测力的部位粘贴应变片，并将应变片与数据采集系统相连，输出贴片处的应变数据，并根据材料力学方法计算得到该处的结构内力。

力传感器法，即在测力部位放置一个强度和刚度均很大的匀质物体，一般由连接板、弹性体和敏感元件组成。连接板用于实现力传感器与结构其它部件的连接，而敏感元件(一般为应变片)则贴在弹性体的特定位置，并与数据采集系统相连用以输出应变数据。在测力之前，需要对力传感器进行标定试验，建立起所测内力与敏感元件输出应变的线性关系，得到一系列传递系数。在工程结构试验中，将敏感元件的输出应变数据乘以传递系数后即可得到相应的结构内力。

在工程结构试验中，只有准确测得结构内力，才能进行后续的试验结果研究与有限元建模分析，得出具有工程实践应用价值的研究成果。在目前所用的测力方法中，应变片法受其测量原理的限制，在结构进入塑性后已无法准确测得结构内力；而力传感器法由于力传感器装置的设计缺陷，在试验过程中易发生脆性破坏；同时受限于固有的误差性耦合与结构性耦合效应，力传感器的标定结果和测量结果存在较大的误差，无法同时准确测得轴力、剪力、弯矩和扭矩，测量性能和测量功能存在缺陷。而为了保证能够同时准确地测得轴力、剪力、弯矩和扭矩，所使用的测量装置必须具有可靠的测量原理和合理的设计构造，同时便于安装。而且考虑到很多工程结构试验是无法重复进行的，测量装置也要有很高的稳定性和耐用性，不会因为外部条件的改变而产生较大的性能变化或发生破坏。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种高精度动态六向力传感器。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种高精度动态六向力传感器，包括弹性体、连接在弹性体上下表面的连接板，

所述连接板上开设有沟槽，

所述弹性体内表面粘贴有敏感元件，该敏感元件的连接线经所述沟槽引出，输出敏感元件测得的应变数据。

所述弹性体与连接板为整体预制部件，采用高强匀质金属材料制成，两者之间光滑过渡。

所述弹性体为匀质薄壁圆筒结构，其尺寸将影响标定结果和试验测量结果，可根据试验模型进行合理的设计与调整。

所述敏感元件设有四个，可以采用直角应变花，分别位于弹性体内圆周中部的0°、90°、180°和270°处，并且经过严格的粘贴、加压固化工艺和防潮密封技术措施，保证其耐用性和稳定性。

试验前需进行标定试验，并利用材料力学知识，根据试验数据作出轴力增量-平均轴向应变增量(四个应变花90°方向的应变增量均值)、剪力增量-平均剪切应变增量(两对角应变花处的剪切应变增量均值)、弯矩增量-曲率增量(两对角应变花90°方向的应变增量差值)、扭矩增量-平均扭转应变增量(四个应变花处的剪切应变增量均值)的关系曲线，其斜率即为传递系数。试验时将输出的应变数据乘以相应的传递系数便可求得目标结构内力。

所述连接板为匀质开口圆板，尺寸可根据试验模型进行合理的设计与调整。连接板的内径与弹性板的内径相同。

连接板上均布有若干锚固孔，用于力传感器装置与其它结构部件进行连接，可根据实际情况进行合理的设计与调整。