一种中心对称的非侵入式翼伞组提带张力传感器装置

技术领域

本发明涉及传感器无损测量技术领域，尤其涉及一种中心对称的非侵入式翼伞组提带张力传感器装置。

背景技术

组提带是翼伞系统中用来连接背带与伞体之间的承力伞带，为扁带状尼龙织物（共四根，左右各两根），在翼伞打开瞬间以及其飞行过程中，组提带均会受到巨大的张力。此外还有其他因素也会对组提带张力造成影响，如翼伞的形状、翼伞的飞行姿态以及其所处环境的温度、风向等。因此，实时检测翼伞飞行过程中组提带所受张力的大小，事关翼伞的飞行安全，也是新型翼伞结构设计的重要考量。

目前针对此种扁带张力的测量，类似的应用有汽车领域的安全带张力传感器等，然而现有的带状对象张力传感器量程较小、适用性低，难以应用于翼伞的空投飞行工作环境，也难以用于数吨乃至数十吨的组提带张力测量。因此需另行设计一款量程大、精度高且可在翼伞飞行环境下工作的张力传感器。

当今测量扁平绳带张力的方法大致可分为两类，即直接测量法和间接测量法。直接测量法是将扁平绳带截开，将两端串接入传感器测量其拉力，此时张力等于拉力。间接测量法是在不破坏绳带原结构基础上，将张力转换压力等其他物理量进行转化测量。对这两种方法而言，前者会破坏翼伞组提带，无法保证翼伞飞行安全，后者结构较为复杂，多用于地面端固定测量场合。对翼伞组提带的张力测量而言，当前的测量手段均存在不足之处。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对背景技术中所涉及到的缺陷，提供一种中心对称的非侵入式翼伞组提带张力传感器装置。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

一种中心对称的非侵入式翼伞组提带张力传感器装置，包括第一至第二弹性梁、第一至第三沉头螺钉、第一至第三活动套筒、以及第一至第四应变片；

所述第一至第二弹性梁均为长方体结构，均包含第一至第二端壁、以及首尾相连第一至第四侧壁，其中，第一侧壁平行于第三侧壁，第二侧壁平行于第四侧壁，第一侧壁的长度大于第二侧壁；

所述第一弹性梁的第二侧壁与第四侧壁之间依次等距设有第一沉头通孔、第一盲孔、第二沉头通孔、第二盲孔、第三沉头通孔；第一至第三沉头通孔形状相同；

所述第一盲孔、第二盲孔形状相同，均包含两个半圆形弧面和两个矩形平面，其两个矩形平面均平行于所述第一弹性梁的第一侧壁，两个矩形平面的两端分别通过两个半圆形弧面对应相连；

所述第一至第三沉头通孔、第一至第二盲孔的中心点均位于第一弹性梁的第一侧壁、第三侧壁的对称面上；

所述第一弹性梁的第一侧壁、第三侧壁分别在第一沉头通孔、第三沉头通孔之间设有对称的第一梯形凹槽、第二梯形凹槽；

所述第二弹性梁的第二侧壁与第四侧壁之间依次等距设有第一螺纹通孔、第三盲孔、第二螺纹通孔、第四盲孔、第三螺纹通孔；第一至第三螺纹通孔形状相同；

所述第三盲孔、第四盲孔形状相同，均包含两个半圆形弧面和两个矩形平面，其两个矩形平面均平行于所述第二弹性梁的第一侧壁，两个矩形平面的两端分别通过两个半圆形弧面对应相连；

所述第一至第三螺纹通孔、第三至第四盲孔的中心点均位于第二弹性梁的第一侧壁、第三侧壁的对称面上；

所述第二弹性梁的第一侧壁、第三侧壁分别在第一螺纹通孔、第三螺纹通孔之间设有对称的第三梯形凹槽、第四梯形凹槽；

所述第一至第三沉头螺钉结构相同，均包含依次同轴固连的螺帽、光柱、螺柱；

所述第一弹性梁、第二弹性梁平行设置，使得第一弹性梁的第一至第三沉头通孔分别和第二弹性梁的第一至第三螺纹通孔一一对应同轴；

所述第一沉头螺钉依次穿过第一沉头通孔、第一套筒、第一螺纹通孔，第一沉头螺钉的螺帽和第一沉头通孔相配合，第一沉头螺钉的螺柱和第一螺纹通孔螺纹相连，使得第一套筒两端分别和第一弹性梁、第二弹性梁相抵，且第一沉头螺钉的光柱和第一套筒间隙配合；

所述第二沉头螺钉依次穿过第二沉头通孔、第二套筒、第二螺纹通孔，第二沉头螺钉的螺帽和第二沉头通孔相配合，第二沉头螺钉的螺柱和第二螺纹通孔螺纹相连，使得第二套筒两端分别和第一弹性梁、第二弹性梁相抵，且第二沉头螺钉的光柱和第二套筒间隙配合；

所述第三沉头螺钉依次穿过第三沉头通孔、第三套筒、第三螺纹通孔，第三沉头螺钉的螺帽和第三沉头通孔相配合，第三沉头螺钉的螺柱和第三螺纹通孔螺纹相连，使得第三套筒两端分别和第一弹性梁、第二弹性梁相抵，且第三沉头螺钉的光柱和第三套筒间隙配合；

所述第一至第四应变片型号相同，第一应变片、第二应变片分别粘贴在所述第一盲孔的两个矩形平面上，第三应变片、第四应变片分别粘贴在所述第二盲孔的两个矩形平面上，第一应变片、第二应变片、第三应变片、第四应变片依次相连形成应变全桥电路，用于进行信号转换，将第一弹性梁的应变转换为模拟电压信号输出。

作为本发明一种中心对称的非侵入式翼伞组提带张力传感器装置进一步的优化方案，所述第一、第二弹性梁的棱边做圆角平滑处理。

作为本发明一种中心对称的非侵入式翼伞组提带张力传感器装置进一步的优化方案，所述第一至第四盲孔均作胶封处理，灌胶填充，以保护第一至第四应变片，减小外界干扰对应变电桥电路输出的影响。

作为本发明一种中心对称的非侵入式翼伞组提带张力传感器装置进一步的优化方案，还包括外围接线盒和信号采集电路板，所述信号采集电路板置于接线盒中，通过所述外围接线盒和所述第一至第四应变片组成的应变全桥电路电气相连，用于采集应变电路输出的模拟电压信号并将其处理转换为张力数据进行保存。

作为本发明一种中心对称的非侵入式翼伞组提带张力传感器装置进一步的优化方案，所述第一至第二弹性梁的第一侧壁的两端均设有螺纹盲孔，用于安装所述外围接线盒。

本发明的使用方法如下，使组提带从第一、第二套筒之间穿入并从第二、第三套筒之间穿出，当受到张力作用时，组提带受力绷直并对第一至第三套筒施加径向压力，由第一至第三套筒带动第一弹性梁、第二弹性梁产生弹性形变，进而使粘贴在第一盲孔、第二盲孔中的第一到第四应变片产生应变，应变片产生应变后其阻值发生变化，进而使应变片组成的全桥电路在激励下输出相应的模拟电压信号。

本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：

1.传感器采用非侵入式结构设计，不破坏翼伞组提带，便于张力的无损测量；传感器各结构件设计简洁，加工难度低；装置整体尺寸小、重量轻，测力时不影响翼伞正常飞行，不影响组提带工作状态，适用于翼伞的飞行工作需求；

2. 克服了现有扁带张力传感器不足以在翼伞上应用的问题，提出了一种实践可行的柔性扁带张力测量的装置及方案，传感器量程达到25000N；

3. 第一、第二弹性梁设计合理，应力区域集中、应变数值大小合适，且传感器预留了一定的超量程测量裕度，可应对翼伞开伞时可能带来的张力过载；

4.中心对称式的结构设计，可使传感器的重心始终居中，不因传感器抖动等因素而产生重心偏移，使组提带与传感器始终高度贴合， 同时也使两侧弹性梁上的张力分布更为均匀，从而提高张力测量的准确性。此外，该结构使得传感器在安装时不用考虑安装方向的问题，从而提升了传感器的易用性，

5.本发明采用了分体式结构，便于装置在翼伞组提带上的安装及拆卸，也便于各结构件的加工，以及在单一结构部件出现问题时的及时更换，从而可以保证传感器的测量精度，增加传感器的使用寿命。

附图说明

图1为本发明的爆炸结构示意图；

图2为本发明的工作示意图；

图3为本发明的结构力学仿真云图。

图中，1-第一弹性梁，2-第二弹性梁，3-第一沉头螺钉，4-第二沉头螺钉，5-第三沉头螺钉，6-第一活动套筒，7-第二活动套筒，8-第三活动套筒，9-第一盲孔，10-第二盲孔，11-翼伞组提带。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明：

本发明可以以许多不同的形式实现，而不应当认为限于这里所述的实施例。相反，提供这些实施例以便使本公开透彻且完整，并且将向本领域技术人员充分表达本发明的范围。在附图中，为了清楚起见放大了组件。

如图1所示，本发明公开了一种中心对称的非侵入式翼伞组提带张力传感器装置，包括第一至第二弹性梁、第一至第三沉头螺钉、第一至第三活动套筒、以及第一至第四应变片；

所述第一至第二弹性梁均为长方体结构，均包含第一至第二端壁、以及首尾相连第一至第四侧壁，其中，第一侧壁平行于第三侧壁，第二侧壁平行于第四侧壁，第一侧壁的长度大于第二侧壁；

所述第一弹性梁的第二侧壁与第四侧壁之间依次等距设有第一沉头通孔、第一盲孔、第二沉头通孔、第二盲孔、第三沉头通孔；第一至第三沉头通孔形状相同；

所述第一盲孔、第二盲孔形状相同，均包含两个半圆形弧面和两个矩形平面，其两个矩形平面均平行于所述第一弹性梁的第一侧壁，两个矩形平面的两端分别通过两个半圆形弧面对应相连；

所述第一至第三沉头通孔、第一至第二盲孔的中心点均位于第一弹性梁的第一侧壁、第三侧壁的对称面上；

所述第一弹性梁的第一侧壁、第三侧壁分别在第一沉头通孔、第三沉头通孔之间设有对称的第一梯形凹槽、第二梯形凹槽；

所述第二弹性梁的第二侧壁与第四侧壁之间依次等距设有第一螺纹通孔、第三盲孔、第二螺纹通孔、第四盲孔、第三螺纹通孔；第一至第三螺纹通孔形状相同；

所述第三盲孔、第四盲孔形状相同，均包含两个半圆形弧面和两个矩形平面，其两个矩形平面均平行于所述第二弹性梁的第一侧壁，两个矩形平面的两端分别通过两个半圆形弧面对应相连；

所述第一至第三螺纹通孔、第三至第四盲孔的中心点均位于第二弹性梁的第一侧壁、第三侧壁的对称面上；

所述第二弹性梁的第一侧壁、第三侧壁分别在第一螺纹通孔、第三螺纹通孔之间设有对称的第三梯形凹槽、第四梯形凹槽；

所述第一至第三沉头螺钉结构相同，均包含依次同轴固连的螺帽、光柱、螺柱；

所述第一弹性梁、第二弹性梁平行设置，使得第一弹性梁的第一至第三沉头通孔分别和第二弹性梁的第一至第三螺纹通孔一一对应同轴；

所述第一沉头螺钉依次穿过第一沉头通孔、第一套筒、第一螺纹通孔，第一沉头螺钉的螺帽和第一沉头通孔相配合，第一沉头螺钉的螺柱和第一螺纹通孔螺纹相连，使得第一套筒两端分别和第一弹性梁、第二弹性梁相抵，且第一沉头螺钉的光柱和第一套筒间隙配合；

所述第二沉头螺钉依次穿过第二沉头通孔、第二套筒、第二螺纹通孔，第二沉头螺钉的螺帽和第二沉头通孔相配合，第二沉头螺钉的螺柱和第二螺纹通孔螺纹相连，使得第二套筒两端分别和第一弹性梁、第二弹性梁相抵，且第二沉头螺钉的光柱和第二套筒间隙配合；

所述第三沉头螺钉依次穿过第三沉头通孔、第三套筒、第三螺纹通孔，第三沉头螺钉的螺帽和第三沉头通孔相配合，第三沉头螺钉的螺柱和第三螺纹通孔螺纹相连，使得第三套筒两端分别和第一弹性梁、第二弹性梁相抵，且第三沉头螺钉的光柱和第三套筒间隙配合；

所述第一至第四应变片型号相同，第一应变片、第二应变片分别粘贴在所述第一盲孔的两个矩形平面上，第三应变片、第四应变片分别粘贴在所述第二盲孔的两个矩形平面上，第一应变片、第二应变片、第三应变片、第四应变片依次相连形成应变全桥电路，用于进行信号转换，将第一弹性梁的应变转换为模拟电压信号输出。

所述第一、第二弹性梁的棱边做圆角平滑处理。

所述第一至第四盲孔均作胶封处理，灌胶填充，以保护第一至第四应变片，减小外界干扰对应变电桥电路输出的影响。

本发明还可以进一步包括外围接线盒和信号采集电路板，所述信号采集电路板置于接线盒中，通过所述外围接线盒和所述第一至第四应变片组成的应变全桥电路电气相连，用于采集应变电路输出的模拟电压信号并将其处理转换为张力数据进行保存。

所述信号采集电路板包含信号调理滤波单元、AD模数转换单元、计算单元、稳压单元、电源、以及数据存储单元等，用以采集、处理并保存翼伞工作过程中的组提带张力数据。在翼伞飞行结束后，取出信号采集电路板中用于保存数据的TF卡，便可在地面端读取出翼伞飞行全过程的组提带张力数据。

所述第一至第二弹性梁的第一侧壁的两端均设有螺纹盲孔，用于安装所述外围接线盒。

本发明的使用方法如图2所示，使组提带从第一、第二套筒之间穿入并从第二、第三套筒之间穿出，当受到张力作用时，组提带受力绷直并对第一至第三套筒施加径向压力，由第一至第三套筒带动第一弹性梁、第二弹性梁产生弹性形变，进而使粘贴在第一盲孔、第二盲孔上的第一到第四应变片产生应变，应变片产生应变后其阻值发生变化，进而使应变片组成的全桥电路在激励下输出相应的模拟电压信号。

如图3所示，传感器结构模型的力学仿真云图显示：传感器结构设计合理，弹性梁的第一、第二盲孔贴片处所受应力大小适中、区域集中，符合测力传感器设计的应力集中原则，应变数值大小合理，满足应变片工作要求。

本技术领域技术人员可以理解的是，除非另外定义，这里使用的所有术语（包括技术术语和科学术语）具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。