[发明专利]一种球形三维测力压磁式传感器及其三维力测量方法

权利要求书

1.一种球形三维测力压磁式传感器，其特征在于，包括：测力机构、信号激励电路和信号调理电路；所述测力机构包括球形外壳、在球形外壳内表面的三维正交方向上连接三维传力元件以及与传力元件连接的压磁元件；

所述压磁元件包括励磁磁芯、励磁绕组、感应磁芯和感应绕组；励磁磁芯上绕有励磁绕组，感应磁芯上绕有感应绕组，多个感应绕组的同名端连接形成反向串联；所述压磁元件通过传力元件接收施加在球形外壳上的外力；

所述压磁元件接收外力后，由信号激励电路传输激励信号至压磁元件，以使压磁元件将外力转换为非零的感应电压，并将感应电压传输至信号调理电路；

所述信号调理电路对感应电压进行信号补偿、输出解耦和分力合成后，得到外力值和每个方向的分力值。

2.如权利要求1所述的一种球形三维测力压磁式传感器，其特征在于，所述球形外壳内表面的三维正交方向上设有定位凹槽，传力元件的顶端嵌入至定位凹槽，传力元件的底端与压磁元件固连。

3.如权利要求1所述的一种球形三维测力压磁式传感器，其特征在于，所述测力机构还包括球形固定器，所述球形固定器与球形外壳同心。

4.如权利要求3所述的一种球形三维测力压磁式传感器，其特征在于，所述球形固定器上设有通孔，所述通孔用于将压磁元件的励磁磁芯两两正交装配于球形固定器上。

5.如权利要求1所述的一种球形三维测力压磁式传感器，其特征在于，所述信号激励电路包括检测电路和PLC电路，所述检测电路用于检测激励信号是否稳定并输出反馈信号至PLC电路，所述PLC电路用于根据反馈信号将电源电压调整至稳定状态。

6.如权利要求1所述的一种球形三维测力压磁式传感器，其特征在于，所述信号调理电路包括量程自动转换电路，所述量程自动转换电路用于根据对感应电压大小的判断结果，自动调整外力测量量程。

7.如权利要求1所述的一种球形三维测力压磁式传感器，其特征在于，所述信号调理电路包括微处理器，所述微处理器通过BP神经网络模型对外力进行非线性解耦，得到每个方向的分力，通过平行四边形定则进行分力的合成。

8.如权利要求1所述的一种球形三维测力压磁式传感器，其特征在于，所述信号调理电路包括A/D转换电路，所述A/D转换电路用于将经信号补偿、输出解耦和分力合成后得到的外力和分力进行A/D后输出至显示器进行显示。

9.一种球形三维测力压磁式传感器的三维力测量方法，其特征在于，采用如权利要求1所述的球形三维测力压磁式传感器，包括：

对测力机构施加外力后，对外力进行正交分解为多个方向的分力，测力机构接收分力并接收由信号激励电路传输的激励信号，以使外力转换为非零的感应电压，并将感应电压传输至信号调理电路；

所述信号调理电路对感应电压进行信号补偿、输出解耦和分力合成后，得到外力值和每个方向的分力值。