一種光電式力傳感器的製作方法
2023-10-24 00:14:57 5
專利名稱：一種光電式力傳感器的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種力傳感器。更具體地，本發明涉及一種採用光電檢測來測量力的新型傳感器。
背景技術：
力傳感器是工業實踐中最為常用的一種傳感器，其廣泛應用於鐵路交通、航空航天、水利水電、管道、石化、軍工、醫療衛生等眾多行業；光電式力傳感器是一種將光電檢測與彈性敏感元件相結合的新型傳感器。光電效應是一種在光的照射下，從物體發射出電子的現象；利用光電效應原理發展出光電檢測，當今光電檢測方法具有靈敏度高、反應快、非接觸等優點，而且可測參數多；隨著光電技術的發展，光電式傳感器已成為系列產品，其品種及產量日益增加，在機電控制、計算機、國防科技等方面的應用都非常廣泛。彈性敏感元件是由彈性材料製成的敏感元件，它可以將力、壓力、力矩、振動等被測量轉換成應變量或位移量，彈性敏感元件在傳感器中佔有很重要的地位，其設計形狀、尺寸、選材和質量的優劣直接影響傳感器的性能和精度，現今彈性敏感元件在壓力測量方面應用廣泛，具有結構簡單、測量範圍廣、壽命長、頻響特性好等優點。但至今很少有將光電檢測與彈性敏感元件相結合來測量力的傳感器。發明內容
本發明的目的在於設計一種將光電檢測與彈性敏感元件相結合的新型光電式力傳感器。
為了實現上述目的，本發明應用ANSYS軟體對所設計的彈性敏感元件進行仿真分析，提供了 一種可行性設計。
本發明具體發明內容如下所述。
該光電式力傳感器包括彈性敏感兀件(I個)，45號鋼製作成的殼體(I對)和光電二極體支架I和II (各I個)，夾布膠木製作成的絕緣套(4個)，包括由一個光發射二極體和光敏二極體組成的光電二極體對(2對)，密封墊片(I對)，十字槽盤頭螺釘(12個)和內六角螺釘(3個)。
殼體2與彈性體I用12個十字槽盤頭螺釘固定連接，並且之間有密封墊片4密封。
所述彈性敏感元件I由65Mn彈簧鋼製造，保證彈性敏感元件熱處理後屈服強度高於700Mpa。並具備一定的力學性能，抗彈減性能，疲勞性能以及物理化學性能(耐熱、耐低溫、抗氧化、耐腐蝕等)，從而保證所述發明傳感器能夠適應各種力測量環境的場合；為安裝該傳感器，所述彈性敏感元件I上下端開有相應的安裝螺孔；所述彈性敏感元件I內部造型採用二級柔性槓桿放大機構；用ANSYS軟體對彈性敏感元件進行建模，通過定義材料，劃分網格，按照傳感器實際受力狀況添加力和約束完成仿真。
所述殼體2由45號鋼製造，所述密封墊片4由橡膠製造，所述殼體2和密封墊片4保證傳感器內部的光電二極體對的光電效應不受外部環境影響。
所述光電二極體對9安裝於所述絕緣套7孔中，絕緣套7安裝於所述支架I 5和II 6的孔中，絕緣套7與支架之間用502粘接牢固，同時保證裝配後同一對光電二極體對的發射管與接收管的中心線位於同一軸線上，所述彈性敏感元件I內部二級柔性槓桿放大機構的第二級杆分別擋住不同對光電二極體對的上半部分和下半部分。
所述光電二級管對絕緣套7由夾布膠木材料製造，絕緣電阻很大，可防止與光電二極體對的連線發生短路現象。
所述光電二極體對支架I 5和II 6由45號鋼製造，兩支架和彈性敏感元件I通過3個內六角螺釘固定連接，保證該傳感器在受到衝擊和跌落時內部元器件的定位精度。
圖1為本發明光電式力傳感器的總體結構圖。
所述圖1包括總體結構圖得主視圖和左視圖。
所述圖1中的標號說明:1彈性敏感元件，2殼體，3十字槽盤頭螺釘，4密封墊片，5光電二極體支架I，6光電二極體支架II，7光電二極體絕緣套，8內六角螺釘，9光電二極體對。
圖2為本發明的彈性敏感元件結構圖。
圖3為彈性敏感元件內部二級柔性槓桿放大機構原理圖。
圖4為用ANSYS分析彈性敏感元件受力後位移圖，所述圖4中，彈性敏感元件上下端面受2000N力。
圖5為用ANSYS分析彈性敏感元件受力後應力應變雲圖(正視)，所述圖5中，彈性敏感元件上下端面受2000N力。
圖6為用ANSYS分析彈性敏感元件受力後應力應變雲圖(三維),所述圖6中，彈性敏感元件上下端面受2000N力。
具體實施方式
為更清楚的理解本發明，現結合附圖對本發明作進一步說明。應當指出本發明附圖為量程2000N的光電式力傳感器，僅為說明本發明用，並不構成對本發明的限制，本發明的保護範圍由所附的權利要求書進行限定。
彈性體內部二級柔性槓桿放大機構位移放大原理如下。
上述圖2示出彈性敏感元件結構圖，圖2中A、D對應上述原理圖3中A、D固定鉸鏈，B、C、E、F對應原理圖3中活動鉸鏈B、C、E、F ;輸入位移從活動鉸鏈B處輸入，通過材料形變向下傳遞。
上述圖3示出了彈性敏感元件內部二級柔性槓桿放大機構，該機構依靠材料的形變可實現運動的傳遞和位移的放大。該機構為對稱式結構，輸入位移可通過左右兩條運放鏈向輸出點進行傳遞；實際中可將彈性敏感元件的微小縱向形變放大，由上述圖3可得該機構的理論位移放大倍數A:
權利要求
1.一種光電式力傳感器，包括:彈性敏感元件，殼體，光電二極體支架I和II，絕緣套，光電二極體對，密封墊片，十字槽盤頭螺釘和內六角螺釘。
2.根據權利要求1所述的光電式力傳感器，其特徵在於，所述彈性敏感元件由65Mn彈簧鋼製造，並保證彈性敏感元件熱處理後屈服強度高於700Mpa ;彈性敏感元件內部造型為一對稱式二級柔性槓桿放大機構，外部為圓環式造型。
3.彈性敏感元件上下端開有相應的安裝螺孔；為與密封墊片和殼體裝配，側面也開有相應的螺孔，其特徵在於螺孔的分布位置，保證對彈性敏感元件受力後形變產生的影響儘可能小。
4.根據權利要求1所述的光電式力傳感器，其特徵在於，光電二極體對的安裝位置，保證彈性敏感元件內部二級柔性槓桿放大機構的第二級杆分別擋住不同對光電二極體對的上半部分和下半部分，同一對光電二極體位於同一水平軸線上。
5.其特徵還在於，光電二極體對的連接方式，兩對光電二極體對採用差動連接方式，這樣有效提聞本傳感器的抗幹擾能力，提聞了測量精度。
6.根據權利要求1所述的光電式力傳感器，其特徵在於，所述絕緣套由夾布膠木材料製造，絕緣電阻很大，可有效防止與光電二極體對的連線發生短路現象。
7.根據權利要求1所述的光電式力傳感器，其特徵在於，所述殼體由45號鋼製造，保證傳感器能夠經受一些衝擊，跌落等耐受性實驗。
8.根據權利要求1所述的光電式力傳感器，其特徵在於，所述光電二極體支架I和II的裝配方式，光電二極體支架I和II與彈性敏感元件通過三個內六角螺釘固定，並保證裝配後對彈性敏感元件受力後形變產生的影響儘可能小。
9.根據權利要求1所述的光電式力傳感器，其特徵在於，所述密封墊片由橡膠製造，顏色為黑色，保證傳感器裝配後不透光，不影響內部光電二極體對的光電效應。
全文摘要
本發明涉及一種光電式力傳感器。本發明中的光電式力傳感器，包括65Mn彈簧鋼製成的彈性敏感元件、光電二極體對、光電二極體支架和絕緣套、殼體、密封墊片以及用於裝配的螺釘。其特徵在於，所述的彈性體內部採用二級柔性槓桿放大機構，可以將施加於彈性體上、下端面的力造成的縱向形變放大，使得如圖所示彈性體內部的第二級杆輸出端產生數倍於彈性體縱向形變的位移，進而分別增大和減小左右兩端接收管接受光的光強，通過測量電路可以得到施加與彈性體上、下面的力。本發明中的光電式力傳感器可適用於各種場合下擠壓力的測量、機構簡單，又結合了光電檢測和應變式力傳感器的優點，精度高、反應快、穩定性高。
文檔編號G01L1/20GK103196598SQ20131013217
公開日2013年7月10日 申請日期2013年4月16日 優先權日2013年4月16日
發明者何廣平, 李中一, 狄傑建, 袁俊傑, 孫愷 申請人:北方工業大學, 何廣平