阅读说明：本技术 适用于中小型作动器轴的应变式位移传感器及操作方法 (Strain type displacement sensor suitable for small and medium-sized actuator shaft and operation method ) 是由 张永涛 周春华 叶子龙 贾奥男 茅建伟 尹永康 熊良磊 于 2021-08-04 设计创作，主要内容包括：本发明提供了一种适用于中小型作动器轴的应变式位移传感器及操作方法,包括：弹性部件、应变片部件、连接法兰单元；所述连接法兰单元包括：上连接法兰部件、下连接法兰部件；所述上连接法兰部件设置于适用于中小型作动器轴的应变式位移传感器的上部；所述下连接法兰部件设置于适用于中小型作动器轴的应变式位移传感器的下部；所述弹性部件采用弹簧钢簧片结构；所述应变片部件设置在弹簧钢簧片结构上；本发明基于电阻应变片这一接触式测量方法天然具有灵敏度高、测量精度高、测量范围广、自身尺寸和重量小等优点。(The invention provides a strain displacement sensor suitable for small and medium-sized actuator shafts and an operation method, comprising the following steps: an elastic member, a strain gauge member, and a connection flange unit; the connection flange unit includes: an upper connecting flange part and a lower connecting flange part; the upper connecting flange part is arranged on the upper part of a strain type displacement sensor suitable for a small and medium-sized actuator shaft; the lower connecting flange part is arranged at the lower part of a strain type displacement sensor suitable for a small and medium-sized actuator shaft; the elastic part adopts a spring steel reed structure; the strain gauge part is arranged on the spring steel reed structure; the contact type measuring method based on the resistance strain gauge has the advantages of high sensitivity, high measuring precision, wide measuring range, small size and weight and the like.)

适用于中小型作动器轴的应变式位移传感器及操作方法

技术领域

本发明涉及应变式位移传感器技术领域，具体地，涉及一种适用于中小型作动器轴的应变式位移传感器及操作方法。

背景技术

位移测量的应用场景非常广泛，是机构、结构、热变形等试验中非常重要的内容。当前，基于数字图像相关法的光学照相和激光位移计等非接触方法已成为位移测量的主要手段，但经常受到试验环境和测量条件的限制而无法使用。

基于电阻应变片这一接触式测量方法的灵敏度高、测量精度高、测量范围广、自身尺寸和重量小等优点，出现了应变片测量方法，但限于横梁式结构测量，为满足轴系部组件应变测量，

专利文献CN103090778B公开了一种应变式线性双向大位移传感器及其检测方法，其所述传感器是位移应变转换梁上设置有应变片，并构成桥路连接有应变仪，位移应变转换梁的固定端固定在测点上，自由端插入刚性导槽中并固定在参考位置；其所述检测方法是当测点位移时，刚性导槽的位移与位移应变转换梁上的应变片处的应变呈线性关系，由应变仪记录测点位移时的应变值，所记录的应变值根据标定的应变与位移关系式确定测点的位移值。该专利在结构和技术性能上仍然有待提高的空间。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种适用于中小型作动器轴的应变式位移传感器及操作方法。

根据本发明提供的一种适用于中小型作动器轴的应变式位移传感器，包括：弹性部件、应变片部件、连接法兰单元；所述连接法兰单元包括：上连接法兰部件、下连接法兰部件3；所述上连接法兰部件设置于适用于中小型作动器轴的应变式位移传感器的上部；所述下连接法兰部件3设置于适用于中小型作动器轴的应变式位移传感器的下部；所述弹性部件采用弹簧钢簧片结构1；所述应变片部件设置在弹簧钢簧片结构1上。

优选地，所述弹簧钢簧片结构1的弹性大于设定阈值。

优选地，还包括：作动器轴；

所述上连接法兰部件采用端部连接法兰4；

所述下连接法兰部件3与作动器轴相连。

优选地，还包括：激光位移传感器测量系统5；

所述激光位移传感器测量系统5与作动器轴相连。

优选地，还包括：应变数据采集系统6；

所述应变数据采集系统6与弹簧钢簧片结构1相连。

优选地，所述应变片部件采用单向应变片2；

所述单向应变片2的数量为四个；

所述单向应变片2对称布置。

本发明提供一种适用于中小型作动器轴的应变式位移传感器操作方法，采用适用于中小型作动器轴的应变式位移传感器，获取作动器轴位移信息。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

1、本发明基于电阻应变片这一接触式测量方法天然具有灵敏度高、测量精度高、测量范围广、自身尺寸和重量小等优点；

2、本发明进行了型谱化的设计，通过特征尺寸的修改具备很强的中小型作动器位移的测量任务适应性；

3、本发明结构合理，使用方便，能够克服现有技术的缺陷。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明的应变式位移传感器示意图。

图2为本发明实施例中的应变式位移传感器标定方法示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。

本发明提供了一种适用于中小型作动器的应变式位移传感器及其标定方法。用高弹性弹簧钢簧片结构作为弹性元件，通过仿真分析使其能够在大变形量的情况下保证足够的应变输出以满足测量精度的要求。在簧片上对称粘贴四个应变片，事先在试验中标定出簧片两端面之间的位移-应变关系并利用该关系通过采集到的应变对位移进行监测。本发明实现了作动器轴等活动部件位移的高精度测量，同时结构简单、灵敏度高、易标定、可靠性好。

如图1所示，一种适用于中小型作动器的应变式位移传感器及其标定方法，适用于中小型作动器的应变式位移传感器主要由高弹性弹簧钢簧片结构、应变片、与作动器轴等活动部件本体的连接法兰、与轴端部连接法兰等构成，标定装置由激光位移传感器测量系统，应变采集系统等构成。

适用于中小型作动器的应变式位移传感器的工作流程分为：测量过程和标定过程。

测量过程如下：

1、将应变式位移传感器通过法兰套接在作动器轴的端部；

2、通过应变测量系统得到的各应变读数结合事先标定出的位移-应变系数得到作动器轴的位移。

标定过程如下：

1、用激光位移传感器在作动器轴的端部进行位移测量，同时通过应变测量系统得到的各应变读数；

2、设四个应变片的应变分别为ε_i(i＝1,2,3,4)，激光位移传感器读数(可自定义作动器轴的运动零位)为S。

需要标定的系数可用如下数学模型来描述。

S＝a₁ε₁+a₂ε₂+a₃ε₃+a₄ε₄+b

式中ε_i(i＝1,2,3,4)为第i个应变通道输出的应变值，S为作动器轴端部的位移值，b是位移测量结果的定值偏差，a_i(i＝1,2,3,4)即为待标定的系数。

通过四次测量，得到四组位移值S_i(i＝1,2,3,4)及其对应的各个应变片的应变值ε_ij(i＝1,2,3,4,j＝1,2,3,4)，求解如下方程组即可得到标定系数a_i(i＝1,2,3,4):

本发明提供了一种适用于中小型作动器的应变式位移传感器，并给出了其标定方法。数值计算和试验设计结果均表明，该方法具有较高的测量精度和稳定性。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“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申请和简化描述，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申请的限制。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。