力及力矩复合传感器

技术领域

本发明涉及测量仪器技术领域，尤其涉及一种力及力矩复合传感器。

背景技术

随着工业自动化领域不断的向自动化、智能化、批量化方向的发展，工艺过程的控制技术作为工业生产的核心技术之一，其重要程度越来越明显的体现出来。力和力矩是工艺过程中最常涉及且非常关键的两项参数，因此对力和力矩的精确控制显得尤为重要。

要实现对力和力矩精确控制的前提是对力和扭力矩进行精确测量和判断，现有技术中已存能实现基本的力或者力矩的测量的传感器，但都是对力和力矩进行分开测量，无法满足力和力矩同时测量的需求。

发明内容

本发明提供一种力及力矩复合传感器，以解决现有技术中的传感器无法实现同时测量力和力矩的技术问题。

本发明的提供一种力及力矩复合传感器，包括第一弹性件、第二弹性件、扭力测试组件、拉压力测试组件、第一连接组件和第二连接组件，所述第一弹性件为圆柱体结构，所述第二弹性件的一端连接于所述第一弹性件的一端，所述扭力测试组件用于测试所述第一弹性件所承受的扭力大小，所述拉压力测试组件用于测试所述第二弹性件所承受的拉力或压力的大小，所述第一连接组件连接于所述第一弹性件的另一端，所述第二连接组件连接于所述第二弹性件的另一端，所述第一连接组件和所述第二连接组件中的一者用于连接被测物体，另一者为刚性材料且位置固定。

具体地，所述第一弹性件通过黏贴的方式连接于所述第一连接组件，所述第二弹性件通过黏贴的方式连接于所述第二连接组件，所述第一连接组件用于连接被测物体，所述第二连接组件为刚性材料且位置固定，具体地，被测物体通过第一螺纹紧固件连接于所述第一连接组件，所述第一连接组件设置有与第一螺纹紧固件螺纹配合的第一螺纹孔，所述第二连接组件可通过第二螺纹紧固件固定于外部构件，以实现位置的固定，所述第二连接组件的侧边设置有可供第二螺纹紧固件螺纹连接的第二螺纹孔。

进一步地，所述扭力测试组件包括第一扭力应变片和第二扭力应变片，所述第一扭力应变片和所述第二扭力应变片对称设置于所述第一弹性体的侧面，所述第一扭力应变片和所述第二扭力应变片的应变丝与所述第一弹性件的轴线形成45°夹角，具体地，所述第一扭力应变片和所述第二扭力应变片均设有相互垂直的两组应变丝，通过将所述第一扭力应变片和所述第二扭力应变片连接于全桥调理电路即可实现力矩的测量，同一个所述第一扭力应变片或所述第二扭力应变片上的两组应变丝分别在所述第一弹性件的轴线的+45°和-45°方向。

进一步地，所述拉压力测试组件包括应变片组，所述应变片组包括数量为偶数的多个拉压力应变片，数量为偶数的多个所述拉压力应变片以所述第一弹性件的中轴线为中心呈圆周阵列分布并设置于所述第二弹性件，所述拉压力应变片的应变丝方向均与所述第一弹性件的径向同向，通过将所述拉压力应变片连接于全桥调理电路即可实现拉压力的测量。

进一步地，所述应变片组设有多组，每组所述应变片组的所述拉压力应变片到所述第一弹性件的中轴线的距离不同。

进一步地，所述第二弹性件为圆柱体结构，所述第二弹性件与所述第一弹性件同轴。

进一步地，所述第二弹性件的用于与所述第一弹性件连接的一端的表面积大于所述第一弹性件的用于与所述第二弹性件连接的一端的表面积，所述拉压力测试组件连接于所述第二弹性件的用于与所述第一弹性件连接的一端的表面。

具体地，所述应变片组有两组，每组所述应变片组包括两个所述拉压力应变片，其中一组所述应变片组的两个所述拉压力应变片对称地粘贴于所述第二弹性件的靠近所述第一弹性件的靠内圆侧，另一组所述应变片组的两个所述拉压力应变片对称地粘贴于所述第二弹性件的远离所述第一弹性件的靠外圆侧。

进一步地，还包括多个刚度定位件，所述第二弹性件设有多个用于供所述刚度定位件贯穿的刚度调节孔，所述刚度定位件贯穿所述刚度调节孔后与所述第二连接组件连接。

具体地，所述刚度定位件贯穿所述刚度调节孔后与所述第二连接组件可拆卸连接，更具体地，所述刚度定位件包括第三螺纹紧固件，所述第二连接组件设有可供所述第三螺纹紧固件螺纹配合的第三螺纹孔。

进一步地，包括腔体，所述腔体贯穿所述第一连接组件和所述第一弹性件，所述腔体为圆柱体结构，所述腔体与所述第一弹性件同轴，所述第一连接组件的壁厚为所述第一弹性件的壁厚的两倍以上。

进一步地，所述腔体还贯穿所述第二弹性件和所述第二连接组件，所述第二连接组件的壁厚大于所述第二弹性件的壁厚。

进一步地，所述第一弹性件通过第三连接件连接于所述第二弹性件，所述腔体贯穿所述第三连接件，所述第三连接件的壁厚为所述第一弹性件的壁厚的两倍以上。

本发明提供的一种力及力矩复合传感器的有益效果：所述第一连接组件和所述第二连接组件均可用于连接被测物体，当所述第一连接组件用于连接被测物体时，则所述第二连接组件为刚性材料且位置固定，在使被测物体与连接组件连接时，为提高扭力测量的准确度，使连接组件所受的扭力的扭转中心趋近于结构为圆柱体结构的第一弹性件的中轴线，在测试过程中，同时受到拉压力和扭力的被测物体将拉压力和扭力首先传递给第一弹性件，圆柱体结构的所述第一弹性件受到扭力后会发生扭转形变，扭力测试组件通过测试第一弹性件扭转形变量变化可获知所述第一弹性件所承受的扭力大小，从而可获知被测物体的力矩大小，拉力或压力传递于第二弹性件后，因连接于第二弹性件的第二连接组件为刚性材料且位置固定，第二弹性件与第二连接组件连接的一端处于固定装填，第二弹性件在受到拉力或压力后会沿拉力或压力的方向发生弹性形变，拉压力测试组件通过测试第一弹性件沿拉力或压力的方向发生的形变量变化可获知所述第一弹性件所承受的拉力或压力的大小，从而可获知被测物体所受到的拉力或压力的大小，实现了对物体所承受或产生的拉压力和力矩的同时测量。

附图说明

为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明提供的实施例1的力及力矩复合传感器的立体结构示意图；

图2是本发明提供的实施例2的力及力矩复合传感器的截面结构示意图。

附图标记说明：

1、第一连接组件；2、第一螺纹孔；3、第一扭力应变片；31、第二扭力应变片；4、拉压力应变片；5、第二螺纹孔；6、第二连接组件；7、刚度调节孔；8、第二弹性件；81、第三连接件；9、第一弹性件；10、空腔。

具体实施方式

为使发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合发明中的附图，对发明中的技术方案进行清楚地描述，显然，所描述的实施例是发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于发明保护的范围。

在本发明实施例的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明实施例的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明实施例中的具体含义。

在本发明实施例中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“第一方面实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明实施例的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

下面结合图1-图2描述本发明提供的一种温度分布监测装置。

如图1所示，本发明的实施例1提供一种力及力矩复合传感器，包括第一弹性件9、第二弹性件8、扭力测试组件、拉压力测试组件、第一连接组件1和第二连接组件6，第一弹性件9为圆柱体结构，第二弹性件8的一端连接于第一弹性件9的一端，扭力测试组件用于测试第一弹性件9所承受的扭力大小，拉压力测试组件用于测试第二弹性件8所承受的拉力或压力的大小，第一连接组件1连接于第一弹性件9的另一端，第二连接组件6连接于第二弹性件8的另一端，第一连接组件1和第二连接组件6中的一者用于连接被测物体，另一者为刚性材料且位置固定。

具体地，第一连接组件1可采用现有技术的法兰盘，第一弹性件9通过黏贴的方式连接于第一连接组件1，第二弹性件8通过黏贴的方式连接于第二连接组件6，在本实施例中，第一连接组件1用于连接被测物体，第二连接组件6为刚性材料且位置固定，具体地，被测物体通过第一螺纹紧固件连接于第一连接组件1，第一连接组件1设置有与第一螺纹紧固件螺纹配合的第一螺纹孔2，第二连接组件6可通过第二螺纹紧固件固定于外部构件，以实现位置的固定，第二连接组件6的侧边设置有可供第二螺纹紧固件螺纹连接的第二螺纹孔5。

在使被测物体与连接组件连接时，为提高扭力测量的准确度，使连接组件所受的扭力的扭转中心趋近于结构为圆柱体结构的第一弹性件9的中轴线，在测试过程中，同时受到拉压力和扭力的被测物体将拉压力和扭力首先传递给第一弹性件9，圆柱体结构的第一弹性件9受到扭力后会发生扭转形变，扭力测试组件通过测试第一弹性件9扭转形变量变化可获知第一弹性件9所承受的扭力大小，从而可获知被测物体的力矩大小，拉力或压力传递于第二弹性件8后，因连接于第二弹性件8的第二连接组件6为刚性材料且位置固定，第二弹性件8与第二连接组件6连接的一端处于固定装填，第二弹性件8在受到拉力或压力后会沿拉力或压力的方向发生弹性形变，拉压力测试组件通过测试第一弹性件9沿拉力或压力的方向发生的形变量变化可获知第一弹性件9所承受的拉力或压力的大小，从而可获知被测物体所受到的拉力或压力的大小，实现了对物体所承受或产生的拉压力和力矩的同时测量。

根据本实施例，扭力测试组件包括第一扭力应变片3和第二扭力应变片31，第一扭力应变片3和第二扭力应变片31对称设置于第一弹性体的侧面，第一扭力应变片3和第二扭力应变片31的应变丝与第一弹性件9的轴线形成45°夹角，具体地，第一扭力应变片3和第二扭力应变片31均设有相互垂直的两组应变丝，通过将第一扭力应变片3和第二扭力应变片31连接于全桥调理电路即可实现力矩的测量，同一个第一扭力应变片3或第二扭力应变片31上的两组应变丝分别在第一弹性件9的轴线的+45°和-45°方向。通过应变丝与第一弹性件9的轴线形成45°夹角的第一扭力应变片3和第二扭力应变片31来测试第一弹性件9的形变量，结构简单，测试精准。

根据本实施例，拉压力测试组件包括应变片组，应变片组包括数量为偶数的多个拉压力应变片4，数量为偶数的多个拉压力应变片4以第一弹性件9的中轴线为中心呈圆周阵列分布并设置于第二弹性件8，拉压力应变片4的应变丝方向均与第一弹性件9的径向同向，通过将拉压力应变片4连接于全桥调理电路即可实现拉压力的测量。通过应变丝与所述第一弹性件的径向同向的拉压力应变片4来测试第一弹性件9的形变量，结构简单，测试精准。

根据本实施例，应变片组设有多组，每组应变片组的拉压力应变片4到第一弹性件9的中轴线的距离不同。对第二弹性件8的与第一弹性件9的中轴线不同距离的多个位置进行测量，提高了准确度。

根据本实施例，第二弹性件8为圆柱体结构，第二弹性件8与第一弹性件9同轴。如此设置，第二弹性件8受力更均匀，测量数据更准确。

根据本实施例，第二弹性件8的用于与第一弹性件9连接的一端的表面积大于第一弹性件9的用于与第二弹性件8连接的一端的表面积，拉压力测试组件连接于第二弹性件8的用于与第一弹性件9连接的一端的表面。拉压力应变片4可固定在第二弹性件8的用于与第一弹性件9连接的一端的表面上，在第二弹性件8也为圆柱体结构的情况下，第二弹性件8的用于与第一弹性件9连接的一端的表面平面平行于第一弹性件9的两端部的平面，更易于使拉压力应变片4得到固定。

具体地，应变片组有两组，每组应变片组包括两个拉压力应变片4，其中一组应变片组的两个拉压力应变片4对称地粘贴于第二弹性件8的靠近第一弹性件9的靠内圆侧，另一组应变片组的两个拉压力应变片4对称地粘贴于第二弹性件8的远离第一弹性件9的靠外圆侧。

根据本实施例，还包括多个刚度定位件，第二弹性件8设有多个用于供刚度定位件贯穿的刚度调节孔7，刚度定位件贯穿刚度调节孔7后与第二连接组件6连接。刚度定位件对第二弹性件8的沿压力或拉力方向以外的力产生阻力，使第二弹性件8不易随第一弹性件9的扭转而扭转，相对于受到扭转力而发生形变的第一弹性件9，第二弹性件8对第一弹性件9的用于与第二弹性件8连接的一端起到固定作用，使第一弹性件9所受到的扭力大小更接近于被测物体所承受或产生的所有扭力大小，提高了扭力检测组件的测试数据的准确性，通过调节刚度调节孔7的大小、形状、位置和数量可以有效地缓解第二弹性件8对待测扭矩的敏感性。

具体地，刚度定位件贯穿刚度调节孔7后与第二连接组件6可拆卸连接，更具体地，刚度定位件包括第三螺纹紧固件，第二连接组件6设有可供第三螺纹紧固件螺纹配合的第三螺纹孔。

如图2所示，本发明的实施例2提供一种力及力矩复合传感器，除了包括实施例1所提到的结构外，还包括腔体，腔体贯穿第一连接组件1和第一弹性件9，腔体为圆柱体结构，腔体与第一弹性件9同轴，第一连接组件1的壁厚为第一弹性件9的壁厚的两倍以上。使轴体结构的待测物体直接置入腔体中，即可对待测物体进行测试，且因空腔10的设置，相同数量的原材料所制备的相同高度的第一弹性件9的外径更大，便于设置第一扭力应变片3或第二扭力应变片31，将第一连接组件1的壁厚设置为第一弹性件9的壁厚的两倍以上，能提高第一连接组件1对第一弹性件9的用于与第一连接组件1连接的位置的固定效果，保证连接位置的刚性，提高测量准确度。

根据本实施例，腔体还贯穿第二弹性件8和第二连接组件6，第二连接组件6的壁厚大于第二弹性件8的壁厚。能提高第二连接组件6对第二弹性件8的用于与第二连接组件6连接的位置的固定效果，保证连接位置的刚性，提高测量准确度。

根据本实施例，第一弹性件9通过第三连接件81连接于第二弹性件8，腔体贯穿第三连接件81，第三连接件81的壁厚为第一弹性件9的壁厚的两倍以上。如此设置，使第二连接组件6的壁厚明显比拉压弹性体的壁厚更厚，可削减第二弹性体和第一弹性体之间的受力相互干扰。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。