技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明具體涉及材料力學(xué)性能測(cè)試與表征技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種用于動(dòng)態(tài)沖擊測(cè)試的雙量程力傳感器。

背景技術(shù)：

汽車(chē)上使用了大量泡沫材料，如汽車(chē)前端保險(xiǎn)杠的聚乙烯泡沫、座椅內(nèi)部的聚氨酯泡沫。在汽車(chē)與行人發(fā)生碰撞時(shí)，泡沫保險(xiǎn)杠能夠有效降低對(duì)行人的傷害，所以研究沖擊試驗(yàn)中泡沫材料的力學(xué)特性顯得尤為重要。泡沫材料在汽車(chē)應(yīng)用中主要受壓，因此需要開(kāi)展泡沫材料壓縮力學(xué)性能測(cè)試，泡沫材料在壓縮過(guò)程中其力學(xué)特性表現(xiàn)為初始力值非常小且上升緩慢，過(guò)了平臺(tái)區(qū)后當(dāng)壓縮量達(dá)到85%左右時(shí)，泡沫逐漸被壓實(shí)，力值開(kāi)始急劇的增大。通常在泡沫材料的沖擊試驗(yàn)中僅使用一個(gè)大量程的力傳感器，其缺點(diǎn)是無(wú)法保證初始力值非常小且上升緩慢的平臺(tái)區(qū)的測(cè)量精度。

中國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)文獻(xiàn)（申請(qǐng)?zhí)枺篊N 103017943 A）公開(kāi)了一種雙量程的壓力傳感機(jī)構(gòu)。此專(zhuān)利設(shè)置了兩種量程的壓力傳感器，采用彈簧和套筒的裝置來(lái)保護(hù)小量程的傳感器。由于該發(fā)明采用的彈簧支撐小量程的傳感器，降低了整個(gè)壓力傳感機(jī)構(gòu)的固態(tài)頻率，無(wú)法用于動(dòng)態(tài)沖擊測(cè)試試驗(yàn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的問(wèn)題，提供一種能夠用于動(dòng)態(tài)沖擊試驗(yàn)、且測(cè)量精度高的雙量程力傳感器。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

一種用于動(dòng)態(tài)沖擊測(cè)試的雙量程力傳感器，包括承載件、位于所述承載件上方的加載件、并列設(shè)置在所述承載件和所述加載件之間的第一測(cè)力單元和第二測(cè)力單元、分別設(shè)置在所述第一測(cè)力單元和所述第二測(cè)力單元上的應(yīng)變片，所述第一測(cè)力單元的上下兩端分別抵設(shè)在所述承載件和所述加載件上，所述第二測(cè)力單元的下端抵設(shè)在所述承載件上，所述第二測(cè)力單元的另一端與所述加載件之間具有一間隙。

優(yōu)選地，所述第一測(cè)力單元和所述第二測(cè)力單元均沿上下方向延伸，所述第一測(cè)力單元和所述第二測(cè)力單元的在垂直于載荷方向上的橫截面積相同。

優(yōu)選地，所述第一測(cè)力單元和所述第二測(cè)力單元均沿上下方向延伸，所述第一測(cè)力單元和所述第二測(cè)力單元的在垂直于載荷方向上的橫截面積不同，且所述第二測(cè)力單元的橫截面積大于所述第一測(cè)力單元的橫截面積。

優(yōu)選地，所述第一測(cè)力單元設(shè)有一個(gè)或多個(gè)，所述第二測(cè)力單元設(shè)有一個(gè)或多個(gè)。

優(yōu)選地，所述加載件包括加載板和固定設(shè)置在所述加載板下端的第一過(guò)渡件，所述第一測(cè)力單元的上端抵設(shè)在所述第一過(guò)渡件的下端面上，所述第二測(cè)力單元的上端與所述第一過(guò)渡件的下端面之間具有所述間隙，所述第一過(guò)渡件從上向下截面逐漸減小。

進(jìn)一步地，所述第一過(guò)渡件呈從上向下截面逐漸減小的錐臺(tái)形結(jié)構(gòu)。

優(yōu)選地，所述承載件包括承載板和固定設(shè)置在所述承載板上端的第二過(guò)渡件，所述第一測(cè)力單元和所述第二測(cè)力單元的下端均抵設(shè)在所述第二過(guò)渡件的上端面上，所述第二過(guò)渡件從下向上截面逐漸減小。

進(jìn)一步地，所述第二過(guò)渡件呈從下向上截面逐漸減小的錐臺(tái)形結(jié)構(gòu)。

優(yōu)選地，所述承載件、所述加載件、所述第一測(cè)力單元、所述第二測(cè)力單元均由金屬材料制成。

優(yōu)選地，所述承載件、所述加載件、所述第一測(cè)力單元、所述第二測(cè)力單元由整塊鋼錠通過(guò)數(shù)控加工中心和線切割加工制成。

由于上述技術(shù)方案的運(yùn)用，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有下列優(yōu)點(diǎn)：本發(fā)明的用于動(dòng)態(tài)沖擊測(cè)試的雙量程力傳感器的固有頻率高，可適用于動(dòng)態(tài)沖擊試驗(yàn)；而且該裝置能夠測(cè)量動(dòng)態(tài)沖擊試驗(yàn)中較大范圍載荷，而且測(cè)量精度高；同時(shí)該裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊。

附圖說(shuō)明

附圖1為本發(fā)明的用于動(dòng)態(tài)沖擊測(cè)試的雙量程力傳感器的立體圖；

附圖2為本發(fā)明的用于動(dòng)態(tài)沖擊測(cè)試的雙量程力傳感器的主視圖；

附圖3為附圖2中A處局部放大圖；

附圖4為本發(fā)明的用于動(dòng)態(tài)沖擊測(cè)試的雙量程力傳感器的側(cè)視圖。

其中：1、承載件；11、承載板；12、第二過(guò)渡件；2、加載件；21、加載板；22、第一過(guò)渡件；3、測(cè)力單元；31、第一測(cè)力單元；32、第二測(cè)力單元；4、應(yīng)變片。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例來(lái)對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步的闡述。

如圖1～圖4所示，本發(fā)明的用于動(dòng)態(tài)沖擊測(cè)試的雙量程力傳感器包括承載件1、加載件2、測(cè)力單元3和設(shè)置在測(cè)力單元3上的應(yīng)變片4。

加載件2位于承載件1的上方，用于施加載荷，測(cè)力單元3設(shè)置在承載件1和加載件2之間，由粘貼在測(cè)力單元3上的應(yīng)變片4組成測(cè)量電橋，用于測(cè)量施加在加載件2上的實(shí)際載荷的大小。

測(cè)力單元3包括第一測(cè)力單元31和第二測(cè)力單元32，應(yīng)變片4分別貼設(shè)在第一測(cè)力單元31和第二測(cè)力單元32上，粘貼在第一測(cè)力單元31上的應(yīng)變片4與粘貼在第二測(cè)力單元32上的應(yīng)變片分別形成一測(cè)量電橋，第一測(cè)力單元31和第二測(cè)力單元32均沿上下方向延伸，且并列設(shè)置在承載件1與加載件2之間。具體的，第一測(cè)力單元31的上下兩端分別抵設(shè)在承載件1和加載件2上，第二測(cè)力單元32的下端抵設(shè)在承載件1上，其上端與加載件2之間具有一間隙δ。

第一測(cè)力單元31和第二測(cè)力單元32在垂直于載荷方向上的橫截面積可以相同，也可以不同，當(dāng)二者的橫截面積不同時(shí)，優(yōu)選第二測(cè)力單元32的橫截面積大于第一測(cè)力單元31的橫截面積。

第一測(cè)力單元31設(shè)有一個(gè)或多個(gè)，第二測(cè)力單元32也可設(shè)有一個(gè)或多個(gè)。

承載件1包括承載板11和固定設(shè)置在承載板11的上端的第二過(guò)渡件12，第一測(cè)力單元31和第二測(cè)力單元32的下端均抵設(shè)在第二過(guò)渡件12的上端面上。

加載件2包括加載板21和固定設(shè)置在加載板21的下端的第一過(guò)渡件22，第一測(cè)力單元31的上端抵設(shè)在第一過(guò)渡件22的下端面上，第二測(cè)力單元32的上端與第一過(guò)渡件22的下端面之間具有上述的間隙δ。

承載板11和加載板21均呈圓板形結(jié)構(gòu)，為減小測(cè)試過(guò)程中由于承載件1和加載件2相對(duì)于測(cè)力單元3的截面突變對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響，第一過(guò)渡件22從上向下橫截面積逐漸減小，第二過(guò)渡件12從下向上橫截面積逐漸減小，這樣，可使力信號(hào)從第一過(guò)渡件22和第二過(guò)渡件12上平滑過(guò)渡，以提高測(cè)試精度。

為了保證該雙量程力傳感器的剛度，承載件1、加載件2和測(cè)力單元3由整塊鋼錠通過(guò)數(shù)控加工中心和線切割加工成型。當(dāng)然，承載件1、加載件2和測(cè)力單元3也可由不同材質(zhì)的金屬分別制作后用螺栓連接在一起。

承載件1、加載件2和測(cè)力單元3可以由鋼、鋁、鈦等金屬材料制作。

本發(fā)明的雙量程力傳感器的工作原理如下：

首先，根據(jù)第二測(cè)力單元32的上端與第一過(guò)渡件22的下端面之間的間隙δ計(jì)算出施加在承載件2上的基準(zhǔn)載荷F1。

施加一定載荷F到承載件2上，如果施加的載荷F不大于基準(zhǔn)載荷 F1，載荷F由加載板11傳遞到第一過(guò)渡件12，沿著第一過(guò)渡件12傳遞到第一測(cè)力單元31，并沿著第二過(guò)渡件22傳遞到承載板21。第一測(cè)力單元31受到載荷F的作用力后，發(fā)生壓縮彈性變形，此時(shí)粘貼在第一測(cè)力單元31上的應(yīng)變片4組成的測(cè)量電橋就有了輸出，通過(guò)連接應(yīng)變儀即可測(cè)量該電量，乘以系數(shù)即得到所施加的載荷F的數(shù)值。由于第一測(cè)力單元31的彈性變形量小于間隙δ值，此時(shí)的雙量程力傳感器相當(dāng)于由第一測(cè)力單元31形成小橫截面積小量程的力傳感器。

如果施加的載荷F大于基準(zhǔn)載荷F1，載荷F首先由加載板11傳遞到第一過(guò)渡件12，沿著第一過(guò)渡件12傳遞到第一測(cè)力單元31，并沿著第二過(guò)渡件22傳遞到承載板21。第一測(cè)力單元31受到載荷F的作用力后，發(fā)生壓縮彈性變形，并且該壓縮變形量達(dá)到間隙δ，從而使得第一過(guò)渡件22的下端面與第二測(cè)力單元32的上端接觸，此時(shí)載荷F便沿著第一過(guò)渡件12同時(shí)傳遞到第一測(cè)力單元31和第二測(cè)力單元32上，最后再沿著第二過(guò)渡件22傳遞到承載板21上。此時(shí)第一測(cè)力單元31和第二測(cè)力單元32均受到載荷F的作用力，都發(fā)生壓縮彈性變形，此時(shí)粘貼在第一測(cè)力單元31上的應(yīng)變片4組成的測(cè)量電橋、粘貼在第二測(cè)力單元32上的應(yīng)變片4組成的測(cè)量電橋都產(chǎn)生輸出。將兩組測(cè)量電橋所測(cè)量的載荷相加即得到所施加的載荷F的數(shù)值。此時(shí)的雙量程力傳感器相當(dāng)于由第一測(cè)力單元31和第二測(cè)力單元32組成了一個(gè)大橫截面積大量程的力傳感器。

因此，用該雙量程力傳感器測(cè)量從0到F（F>F1）的載荷時(shí)，當(dāng)載荷F不大于F1較小，該雙量程力傳感器僅第一測(cè)力單元31起作用，即相當(dāng)于小量程的力傳感器，可用該小量程的力傳感器測(cè)試較小的載荷，以保證試驗(yàn)時(shí)初始力值非常小且上升緩慢的平臺(tái)區(qū)的測(cè)量精度；當(dāng)載荷F超過(guò)F1后，該雙量程力傳感器中第一測(cè)力單元31和第二測(cè)力單元32共同作用，即相當(dāng)于大量程的力傳感器，可用該大量程的力傳感器精確的測(cè)量較大載荷。

上述實(shí)施例只為說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思及特點(diǎn)，其目的在于讓熟悉此項(xiàng)技術(shù)的人士能夠了解本發(fā)明的內(nèi)容并據(jù)以實(shí)施，并不能以此限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。凡根據(jù)本發(fā)明精神實(shí)質(zhì)所作的等效變化或修飾，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。