Тензодинамометр усилия позвоночного столба манекена

Авторы патента:

Полезная модель относится к области силоизмерительной техники, предназначенной для измерения усилий при помощи тензорезисторных динамометров и может быть использована в автомобильной и авиационной промышленности. При испытании систем амортизации с помощью антропометрических манекенов возникает необходимость измерения осевого усилия в позвоночном столбе манекена, имитирующем позвоночник человека. В основу полезной модели положена задача создания такого устройства, которое, обладая повышенной чувствительностью при измерении осевого усилия, мало реагирует на неизмеряемые компоненты, действующие через резиновый столб на тензодинамометр, в частности, крутящий момент. Поставленная техническая задача решается тензодинамометром, состоящим из опорной пластины, силопередающей пластины, четырех чувствительных элементов с установленными на них тензорезисторами, чувствительные элементы выполнены в виде дуг, закрепленных между опорной и силопередающей пластинами, сечение чувствительного элемента представляет собой прямоугольник, чувствительные элементы попарно размещены на концах опорной пластины таким образом, что длинные стороны прямоугольных сечений перпендикулярны тем горизонтальным осям симметрии опорной пластины, которые через них проходят, а тензорезисторы установлены с двух сторон чувствительного элемента в направлении, совпадающем с вертикальной осью тензодинамометра.

При испытании систем амортизации используются антропометрические манекены, у которых позвоночный столб имитирует позвоночник человека. Для определения качества амортизационных систем необходимо знать величину осевого усилия в том месте, где позвоночный столб манекена, выполненный в виде резинового столба, крепится к тазовой части манекена. Ввиду гибкости резинового столба на приемную силопередающую часть динамометра может действовать внецентровое по отношению к центру динамометра усилие и крутящий момент.

Известен тензодинамометр, представляющий собой опорную пластину, силопередающую пластину и четыре чувствительных элемента квадратного сечения с расположенными на них тензорезисторами, наклеенными вдоль и поперек осей чувствительных элементов («Strain Gage Based Transducers» издание «The Technical Staff of Measurements Group Inc.», стр.27, 1988 год).

Такого рода исполнение тензодинамометра предназначено для измерения осевых усилий, действующих по оси тензодинамометра, причем при необходимости измерять малые усилия необходимо уменьшать сечение чувствительного элемента, что приведет при воздействии крутящего момента к потере устойчивости самого тензодинамометра. Помимо этого схема наклейки тензорезисторов (вдоль и поперек оси чувствительного элемента) не позволяет полностью получать высокий выходной сигнал тензомоста, т.к. чувствительность составляет около 65% от чувствительности той схемы, где активно работают все 4 плеча.

Задачей полезной модели является повышение чувствительности тензодинамометра при измерении малых нагрузок, например, при измерении усилия позвоночного столба манекена.

Поставленная задача решается тензодинамометром, в котором чувствительные элементы выполнены в виде дуг, закрепленных между опорной и силопередающей пластинами. Сечение чувствительного элемента представляет собой прямоугольник, чувствительные элементы попарно размещены на концах опорной пластины таким образом, что длинные стороны прямоугольных сечений перпендикулярны тем горизонтальным осям симметрии опорной пластины, которые через них проходят, а тензорезисторы установлены с двух сторон чувствительного элемента в направлении, совпадающем с вертикальной осью тензодинамометра.

Заявляемый тензодинамометр представлен на рисунках 1, 2, 3.

Рис.1 представляет принципиальную схему предлагаемого тензодинамометра усилия.

Рис.2 представляет схему соединения тензорезисторов в измерительную мостовую схему.

Тензодинамометр усилия позвоночного столба манекена содержит силопередающую пластину 1, опорную пластину 2, тензорезисторы (ТР1-ТР8) 3, установленные на внутренних и внешних сторонах чувствительных элементов 4.

Включение тензорезисторов в мостовую схему согласно рис.2 позволяет получать неискаженные данные при внеосевом характере приложения измеряемой нагрузки.

Рис.3 представляет установку тензодинамометра усилия позвоночного столба манекена, где 5 - тазовая часть манекена, 6 - резиновый позвоночный столб.

Тензодинамометр усилия работает следующим образом. При приложении усилия к силопередающей пластине 1 дугообразные чувствительные элементы 4 сгибаются, причем их деформации в месте наклейки тензорезисторов достигаются при нагрузке по величине меньшей, чем если бы чувствительные элементы были выполнены, как в прототипе, в виде столбиков, то есть тензорезисторы деформируются при более малых нагрузках. За счет изгиба чувствительных элементов тензорезисторный динамометр становится более чувствительным к малым нагрузкам.

Чувствительность предлагаемого тензодинамометра увеличивается, по сравнению с прототипом, как за счет того, что вместо деформации растяжения - сжатия происходит деформация тензорезисторов такой же величины за счет изгиба, но при меньшей внешней нагрузке, а также за счет того, что тензорезисторы, установленые на внутренней и внешней сторонах чувствительного элемента, являются активными и меняют свое электрическое сопротивление с разными знаками.

Выполнение чувствительного элемента с прямоугольным сечением и его расположение длинной стороной перпендикулярно проходящей через него горизонтальной оси симметрии опорной пластины увеличивает жесткость всего тензодинамометра по отношению к действующему крутящему моменту, то есть уменьшает влияние неизмеряемых составляющих на измеряемую величину осевого усилия.

Тензодинамометр усилия позвоночного столба манекена, содержащий опорную пластину, силопередающую пластину, четыре чувствительных элемента с установленными на них тензорезисторами, отличающийся тем, что чувствительные элементы выполнены в виде дуг, закрепленных между опорной и силопередающей пластинами, сечение чувствительного элемента представляет собой прямоугольник, чувствительные элементы попарно размещены на концах опорной пластины таким образом, что длинные стороны прямоугольных сечений перпендикулярны тем горизонтальным осям симметрии опорной пластины, которые через них проходят, а тензорезисторы установлены с двух сторон чувствительного элемента в направлении, совпадающем с вертикальной осью тензодинамометра.