[发明专利]一种小量程三维传感器及其测试方法

说明书

本发明公开了一种小量程三维传感器，包括弹性体、上盖板、下盖板和电路板，电路板设置在弹性体里面，上盖板和下盖板分别固定在弹性体的上下两侧；弹性体包括受力台、轮箍和四组对称设置的应变梁组，轮箍套设在受力台的外部，四组应变梁组均布设置在受力台和轮箍之间，每组应变梁组的一端与受力台的外表面连接，另一端与轮箍的内表面连接上。本小量程三维传感器弹性体结构简单，易于加工，测量精度高等等的优点。本发明还公开了一种小量程三维传感器的测试方法。本测试方法，采用了多个桥路测量一个方向的测量方法，将各个桥路的测量值在软件里面相加得到这个桥路的力值（或者电压值），这种测量方法科学有效地解决了小量程甚至微小量程传感器的设计方法。

技术领域

本发明属于传感器测量领域，涉及一种小量程三维传感器及其测试方法，基于电阻应变式原理，主要用于仿壁虎机器人运动力学测试系统。

背景技术

随着科学技术快速发展，传感器已经深入到了工业生产的各个领域，面前典型的有机器人行业、打磨行业、各种各样的摩擦磨损试验机、等等，就传感器原理而言，常见的有电阻应变式原理、光电式原理、电容式原理、电磁式原理、等等，有一维传感器、二维传感器、三维传感器、六维传感器、等等。就三维传感器而言，存在测量精度低，具体表现在维间耦合大，一般达到10%，甚至有点达到30%，尤其在小量程的三维传感器中，这么大的耦合会造成测量误差很大，难以用于工业生产。就仿壁虎运动力学测试系统而言，本身需要的量程较小，再加上测试过程中需要偏心加载，因此耦合大的三维传感器不能使用。

发明内容

基于上述分析，本发明提出了一种新型的小量程三维传感器及测量方法，该三维传感器具有弹性体结构简单、易于加工、特别是理论上维间耦合小，接近于零，测量精度高。如果由于如机加工误差、贴片误差、装配误差等等的误差造成的维间耦合较大，能够通过修四角的工艺来降低维间耦合，使得维间耦合接近于零。

具体的技术方案，一种小量程三维传感器，包括弹性体、上盖板、下盖板和电路板，电路板设置在弹性体里面，上盖板和下盖板分别固定在弹性体的上下两侧；弹性体包括受力台、轮箍和四组对称设置的应变梁组，轮箍套设在受力台的外部，四组应变梁组均布设置在受力台和轮箍之间，每组应变梁组的一端与受力台的外表面连接，另一端与轮箍的内表面连接上，每组应变梁组包括三个应变梁，每组应变梁组整体上呈“T”型；在应变梁上贴应变片；四个应变梁组内的应变片之间连接组成六组惠斯通电桥，六组惠斯通电桥并联，小量程三维传感器的一组电源线和六组信号线焊接到电路板，在电路板上焊接16芯线，16芯线从出线口引出弹性体，引出弹性体的16芯线焊接航空插头，航空插头接插到数据采集盒。

本发明的一种新型小量程的三维传感器，基于电阻应变式原理，其中弹性体为核心部件，其性能指标直接影响着传感器的各项性能指标，尤其应变梁的设计和材料的选择。

本发明进一步限定的技术方案是：

在轮箍的内表面上均布设置有四个用于固定电路板的耳座。

每组应变梁组呈“T”字型，每组应变梁组有三个应变梁组成，则共设有十二个应变梁，分别定义为一号应变梁、二号应变梁、三号应变梁、四号应变梁、五号应变梁、六号应变梁、七号应变梁、八号应变梁、九号应变梁、十号应变梁、十一号应变梁和十二号应变梁，一号应变梁、四号应变梁和九号应变梁构成一个应变梁组，五号应变梁、八号应变梁和十二号应变梁构成第二个应变梁组，二号应变梁、三号应变梁和十号应变梁构成第三个应变梁组，六号应变梁、七号应变梁和十一号应变梁构成第四个应变梁组；

九号应变梁、十号应变梁、十一号应变梁和十二号应变梁一端都与受力台的内表面连接，九号应变梁的另一端与一号应变梁和四号应变梁的汇合点固定，十号应变梁的另一端与二号应变梁和三号应变梁的汇合点固定，十一号应变梁的另一端与六号应变梁和七号应变梁的汇合点固定，十二号应变梁的另一端与五号应变梁和八号应变梁的汇合点固定；