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专利号: 2025111715326
申请人: 浙江理工大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-07-01
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种具有自校准功能的应变式力传感器,其特征在于,包括上悬臂梁、下悬臂梁,上悬臂梁的刚度大于下悬臂梁的刚度;下悬臂梁的固定端与上悬臂梁的固定端之间固定连接,下悬臂梁的活动端与上悬臂梁的活动端之间设置有顶推校准机构;下悬臂梁上安装有应变片;

所述顶推校准机构包括设置在上悬臂梁自由端的第一安装腔、设置在下悬臂梁自由端的第二安装腔,第一安装腔中设置有顶推装置,第二安装腔中设置有转轴,顶推装置上设置有定推杆,定推杆上连接有动推杆,动推杆的一端与定推杆的一端铰接,动推杆的另一端设置有与转轴相配合凹槽;所述配合凹槽为“U”形槽,配合凹槽的槽宽与转轴的直径相同,配合凹槽上设置有与转轴相适配的圆弧面;当顶推校准机构驱使下悬臂梁的自由端发生移动时,配合凹槽中的圆弧面与转轴贴合;

在测量模式时,顶推校准机构处于缩回状态,上悬臂梁与下悬臂梁贴合以使上悬臂梁和下悬臂梁同步变形;在校准模式时,确定理论校准力值,根据理论校准力值计算下悬臂梁自由端的目标移动行程以及顶推校准机构的目标移动行程;顶推校准机构顶出至目标移动行程以驱使下悬臂梁的自由端发生移动,并采集应变式力传感器的输出值,拟合下悬臂梁自由端的目标移动行程以及应变式力传感器数输出值曲线。

2.根据权利要求1所述的一种具有自校准功能的应变式力传感器,其特征在于,在计算下悬臂梁自由端的目标移动行程以及顶推校准机构的目标移动行程时,根据上悬臂梁与下悬臂梁之间的刚度比确定下悬臂梁自由端所分配的校准力值,通过下悬臂梁自由端所分配的校准力值计算下悬臂梁自由端的目标移动行程以及顶推校准机构的目标移动行程。

3.根据权利要求1所述的一种具有自校准功能的应变式力传感器,其特征在于:

下悬臂梁自由端的目标移动行程 的计算公式如下:

式中,E2为下悬臂梁的弹性模量,L2为下悬臂梁的长度,k1为上悬臂梁的长度,K2为下悬臂梁的长度,I2为下悬臂梁的截面惯性矩,Fext为理论校准力值;

顶推校准机构的目标移动行程x的计算公式如下:

式中,L0为动推杆的长度。

4.根据权利要求1所述的一种具有自校准功能的应变式力传感器,其特征在于,所述顶推装置为直线电机。

5.根据权利要求1所述的一种具有自校准功能的应变式力传感器,其特征在于,所述上悬臂梁刚度与下悬臂梁刚度的比值大于10。

6.根据权利要求1所述的一种具有自校准功能的应变式力传感器,其特征在于,所述下悬臂的中部设置有形变腔,形变腔的上侧和下侧表面分别设置有两个应变片,四个应变片构成应变片电桥。

7.根据权利要求1所述的一种具有自校准功能的应变式力传感器,其特征在于,所述上悬臂梁自由端和下悬臂梁的自由端之间设置有锁紧机构;当应变式力传感器处于测量模式时,通过锁紧机构将上悬臂梁的自由端与下悬臂梁的自由端锁紧。

8.根据权利要求7所述的一种具有自校准功能的应变式力传感器,其特征在于,所述锁紧机构包括设置在下悬臂梁上端的导向座,导向座上滑动连接有活动锁止杆,活动锁止杆与导向座之间设置有弹簧;所述活动锁止杆的一端为插入端,所述第一安装腔的内壁上设置有与活动锁止杆的插入端相对应的卡槽;所述活动锁止杆的另一端设置有第一斜面;所述动推杆上设置有与活动锁止杆相对应的斜块,斜块上设置有与第一斜面相配合的第二斜面;当应变式力传感器处于测量模式时,第二顶杆移动至顶推位,此时斜块上的第二斜面与活动锁止杆上的第一斜面接触,活动锁止杆在斜块的顶推作用下插入卡槽中。