直筒模块型维间解耦三维无线无源传感器的制作方法

1.本发明涉及一种直筒模块型维间解耦三维无线无源传感器，属于传感器技术领域。


背景技术：

2.传感器通常由敏感元件和弹性元件组成。多维力传感器是一种可以同时检测三个方向及以上力和力矩信息的测力传感器，广泛应用于机器人、工业制造、医疗卫生以及生物工程等领域。
3.现阶段的三维乃至多维力传感器主要分为电阻应变式、压电式、电容式力传感器，其结构简单、灵敏且精度较高。传感器的构造是在一定形状的弹性元件上粘贴或用其他方法安装应变敏感元件。当力作用在传感器上时，传感器内的弹性元件发生变形，同时安装在其上面的应变敏感元件也发生变形，应变敏感元件的阻值随之变化，接着由变换电路将阻值变化变换成电压变化输出，由此可以根据电压变化量来确定力的大小。
4.但是就现有的技术而言，对于当传感器同时承受扭转应力、弯曲应力以及拉压应力的情况时，现在的解决方法往往是通过将应变片组成桥路进行补偿以及解耦，在机械结构上并不具备实现扭转应力以及弯曲应力的解耦能力。
5.现有三维/多维传感器，由于其本身的结构特性，要求必须使用导线实时监测电压变化，即使使用无线电进行信息传递，但是其电池所含容量有限，故无法实现无线无源的长期动态监测信号变化。


技术实现要素：

6.本发明目的是提供一种直筒模块型维间解耦三维无线无源传感器，其解决了上述技术问题中的至少一个。
7.本发明解决技术问题采用如下技术方案：一种直筒模块型维间解耦三维无线无源传感器，其包括：上部弯矩承力接头、弯矩敏感元件、上部第一支撑套筒、上部第一固定元件、上部过渡支撑板、上部摆动铜珠、上部第二固定元件、上部第二支撑套筒、上部十字固定板、上部十字型摆动元件、中部过渡支撑板、中部第一螺帽、中部限位元件、中部第二螺帽、第一扭矩敏感元件、第二扭矩敏感元件、中部支撑套筒、中部扭转丝杠、中部支撑板、下部支撑板、下部轴向支撑元件、轴向力敏感元件、下部支撑套筒、下部轴向承力接头、第一固定销和第二固定销；
8.所述上部弯矩承力接头的下表面的中心形成有沉孔，所述弯矩敏感元件的上端可转动地设置于所述上部弯矩承力接头的沉孔内，并且所述上部弯矩承力接头限制所述弯矩敏感元件沿上部弯矩承力接头的轴心线方向的运动；
9.所述弯矩敏感元件的下端固定于所述上部十字型摆动元件的上部的矩形槽内，并且所述弯矩敏感元件上粘贴有磁致伸缩材料；
10.所述上部弯矩承力接头固定于所述上部第一支撑套筒的上端，所述第一支撑套筒
的下端固定于所述上部过渡支撑板；
11.所述上部十字型摆动元件包括圆盘部、设置于所述圆盘部上的十字型凸台部以及设置于所述十字型凸台部上的螺纹杆部；所述上部十字型摆动元件的圆盘部固定于所述中部过渡支撑板；
12.所述十字型凸台部包括从所述圆盘部的上表面的向上凸起形成的圆形凸台以及在所述圆形凸台的侧壁上向外延伸形成的四个矩形凸台，其中四个矩形凸台沿所述圆形凸台的外周面均匀布置；
13.所述螺纹杆部的下端固定于所述十字型凸台部的中心；所述上部十字固定板的中部形成有与所述十字型凸台部形状对应的异形孔，所述十字型凸台部设置于所述上部十字固定板的异形孔内，并且所述十字型凸台部与所述上部十字固定板之间间隙设置；
14.所述上部十字固定板固定于所述上部第二支撑套筒的下端，所述上部第二支撑套筒的上端固定于所述上部过渡支撑板；
15.所述上部第一固定元件的下表面形成有上球窝，所述上部第二固定元件的上表面形成有下球窝，所述上球窝和下球窝形成容置空间，所述上部摆动铜珠可活动地设置于所述容置空间内；
16.所述上部摆动铜珠的中部形成为螺纹孔，所述上部十字型摆动元件的螺纹杆部与所述上部摆动铜珠的螺纹孔配合；
17.所述上部第一固定元件中间存在通孔，所述上部第一固定元件的通孔的直径大于所述上部十字型摆动元件的上侧螺纹杆直径，所述上部过渡支撑板中间存在中心孔，所述上部过渡支撑板的中心孔直径大于所述上部十字型摆动元件的螺纹杆部的直径；
18.所述上部第二固定元件的中间存在通孔，所述上部第二固定元件的通孔的直径大于所述上部十字型摆动元件的螺纹杆部的直径；并且，所述上部第一固定元件固定于所述上部过渡支撑板，所述上部第二固定元件固定于所述上部第一固定元件；
19.所述中部支撑套筒的上端固定于所述中部过渡支撑板，所述中部支撑套筒的下端固定于所述中部支撑板；所述中部过渡支撑板的中部形成有中心孔，所述中部扭转丝杠的丝杠部的上端可转动地设置于所述中部过渡支撑板的中心孔内；所述中部过渡支撑板在中心孔外侧形成有第一环形凹槽，所述第一扭矩敏感元件的上端设置于所述第一环形凹槽内；
20.所述中部支撑套筒的侧壁上形成有带圆角的矩形孔，并且所述带圆角的矩形孔的长度方向平行于所述中部支撑套筒的轴线方向，所述中部限位元件的一端沿所述中部支撑套筒的轴线方向可滑动地设置于所述中部支撑套筒的带圆角的矩形孔内；
21.所述中部扭转丝杠包括圆台部和设置于所述圆台部的丝杠部，所述丝杠部和所述圆台部的轴心线重合；
22.所述中部支撑板的中心形成有中心孔，所述中部支撑板的中心孔直径与所述中部扭转丝杠的圆台部的直径相同，所述中部扭转丝杠的圆台部可转动地设置于所述中部支撑板的中心孔内；
23.所述中部扭转丝杠的圆台部与所述丝杠部连接的一端形成有外法兰，所述中部支撑板设置于所述中部扭转丝杠的外法兰的下方，并且与所述中部扭转丝杠的外法兰接触；
24.所述中部扭转丝杠的外法兰上形成有第二环形凹槽，所述第二扭矩敏感元件的下
端设置于所述第二环形凹槽内；
25.所述中部扭转丝杠的丝杠部的下半部分为矩形丝杠螺纹，所述中部扭转丝杠的丝杠部的上半部分为圆柱，以便所述中部扭转丝杠的丝杠部的上端可转动地设置于所述中部过渡支撑板的中心孔内；
26.所述中部第一螺帽的中部形成为矩形丝杠螺纹孔，并且所述中部第一螺帽与所述中部扭转丝杠的丝杠部配合，以当所述中部扭转丝杠转动时，使得所述中部第一螺帽升降运动；所述中部第一螺帽的外表面形成有锥形表面，所述第一扭矩敏感元件的下端与所述锥形表面接触；所述中部第二螺帽的中部形成为矩形丝杠螺纹孔，并且所述中部第二螺帽与所述中部扭转丝杠的丝杠部配合，以当所述中部扭转丝杠转动时，使得所述中部第二螺帽升降运动；所述中部第二螺帽的外表面形成有倒锥形表面，所述第二扭矩敏感元件的上端与所述倒锥形表面接触；
27.所述中部第一螺帽的下表面与所述中部第二螺帽的下表面接触，并且所述中部限位元件的另一端通过螺钉固定于所述中部第一螺帽和所述中部第二螺帽；
28.所述第一扭矩敏感元件和第二扭矩敏感元件上粘贴有磁致伸缩材料；
29.所述中部扭转丝杠的下端固定于所述下部支撑板；所述下部支撑板固定于所述下部轴向支撑元件；所述下部轴向支撑元件的下端可滑动地设置于所述下部支撑套筒内；
30.所述下部轴向支撑元件的下端沿其轴向开设有沉孔，所述轴向力敏感元件的上端固定于所述下部轴向支撑元件的沉孔内；
31.所述下部轴向支撑元件的中心形成有中心沉孔；所述下部轴向承力接头包括底座和导向杆部，所述导向杆部的下端固定于所述底座上，并且所述导向杆部与所述底座的轴心线相同；所述导向杆部的上端可滑动地设置于所述下部轴向支撑元件的中心沉孔内；
32.所述下部支撑套筒的下端固定于所述下部轴向承力接头的底座，并且，所述轴向力敏感元件的下端固定于所述下部轴向承力接头的底座；所述轴向力敏感元件粘贴有磁致伸缩材料。
33.可选的，所述上部弯矩承力接头的沉孔的侧壁上存在带圆角的矩形通孔，所述弯矩敏感元件上部为圆盘状，且径向存在通孔，所述第一固定销的中部设置于所述弯矩敏感元件的上部的通孔内，所述第一固定销的两端可滑动地设置于所述上部弯矩承力接头的带圆角的矩形通孔内。
34.可选的，所述上部十字固定板的异形孔的圆形通孔的直径大于所述上部十字型摆动元件的圆形凸台的直径；所述上部十字固定板的异形孔的带圆角的矩形孔的长与宽均大于所述上部十字型摆动元件的矩形凸块的长与宽。
35.可选的，，所述中部支撑板下侧存在的螺钉的螺帽部分与所述下部支撑板的上表面接触。
36.本发明具有如下有益效果：本发明的直筒模块型维间解耦三维无线无源传感器，能够同时检测出耦合力中的弯曲力分量和拉压力分量以及轴向力分量，即对耦合力进行结构解耦；而且不需要连入供电线路或通过有线接口采集数据；应用在机床、生物以及医学领域，可大大减少传感器输出数据时需要繁多的有线传输的问题，也大大促进了信息传递的简易性。
附图说明
37.图1是本发明的直筒模块型维间解耦三维无线无源传感器立体结构示意图。
38.图2是本发明的直筒模块型维间解耦三维无线无源传感器立体结构剖视图。
39.图3是本发明的直筒模块型维间解耦三维无线无源传感器的立体结构四分之一剖视图。
40.图4是本发明的直筒模块型维间解耦三维无线无源传感器的立体结构零件拆解图。
41.图5是本发明的直筒模块型维间解耦三维无线无源传感器的立体结构拆解四分之一剖视图。
42.图6是本发明的直筒模块型维间解耦三维无线无源传感器的弯矩受力敏感区的立体结构零件拆解图。
43.图7是本发明的直筒模块型维间解耦三维无线无源传感器的弯矩受力敏感区立体结构剖视图。
44.图8是本发明的直筒模块型维间解耦三维无线无源传感器的扭矩受力敏感区的立体结构零件分解图。
45.图9是本发明的直筒模块型维间解耦三维无线无源传感器的扭矩受力敏感区的立体结构剖视图。
46.图10是本发明的直筒模块型维间解耦三维无线无源传感器的扭矩受力敏感区的立体结构零件分解图。
47.图11是本发明的直筒模块型维间解耦三维无线无源传感器的扭矩受力敏感区的立体结构剖视图。
48.图中标记示意为：1-上部弯矩承力接头；2-弯矩敏感元件；3-上部第一支撑套筒；4-上部第一固定元件；5-上部过渡支撑板；6-上部摆动铜珠；7-上部第二固定元件；8-上部第二支撑套筒；9-上部十字固定板；10-上部十字型摆动元件；11-中部过渡支撑板；12-中部第一螺帽；13-中部限位元件；14-中部第二螺帽；15-第二扭矩敏感元件；16-中部支撑套筒；17-中部扭转丝杠；18-中部支撑板；19-下部支撑板；20-下部轴向支撑元件；21-轴向力敏感元件；22-下部支撑套筒；23-下部轴向承力接头；24-第一固定销；25-第二固定销；26-第三固定销。
具体实施方式
49.下面结合实施例及附图对本发明的技术方案作进一步阐述。
50.实施例1
51.本实施例提供了一种直筒模块型维间解耦三维无线无源传感器，尤其是一种直筒模块型维间解耦三维无线无源力/力矩传感器，其包括：上部弯矩承力接头1、弯矩敏感元件2、上部第一支撑套筒3、上部第一固定元件4、上部过渡支撑板5、上部摆动铜珠6、上部第二固定元件7、上部第二支撑套筒8、上部十字固定板9、上部十字型摆动元件10、中部过渡支撑板11、中部第一螺帽12、中部限位元件13、中部第二螺帽14、第一扭矩敏感元件、第二扭矩敏感元件15、中部支撑套筒16、中部扭转丝杠17、中部支撑板18、下部支撑板19、下部轴向支撑元件20、轴向力敏感元件21、下部支撑套筒22、下部轴向承力接头23、第一固定销24、第二固
定销25和第三固定销26。
52.所述上部弯矩承力接头1整体呈圆盘状，同时其下部存在凸块，凸块中心存在沉孔，所述弯矩敏感元件2的上端可转动地设置于所述上部弯矩承力接头1的沉孔内，并且所述上部弯矩承力接头1限制所述弯矩敏感元件2沿上部弯矩承力接头1的轴心线方向的运动。
53.例如，所述凸块的沉孔的侧壁上存在带圆角的矩形通孔，用以与所述弯矩敏感元件2通过所述第一固定销24进行配合，所述弯矩敏感元件2整体呈工字型，所述弯矩敏感元件2上部为圆盘状，且径向存在通孔，所述第一固定销24的中部设置于所述弯矩敏感元件2的上部的通孔内，所述第一固定销24的两端可滑动地设置于所述上部弯矩承力接头1的带圆角的矩形通孔内；其中所述上部弯矩承力接头1的轴心线竖直设置，所述带圆角的矩形通孔水平设置，从而防止扭转的部分余量对所述弯矩敏感元件2进行干扰。
54.所述弯矩敏感元件2的下部呈矩形状，且径向存在通孔；所述弯矩敏感元件2的下部通过所述第二固定销25固定于所述上部十字型摆动元件10的上部的矩形槽内；所述弯矩敏感元件2上粘贴有磁致伸缩材料。
55.所述上部弯矩承力接头1固定于所述上部第一支撑套筒3的上端，所述第一支撑套筒3的下端固定于所述上部过渡支撑板5。
56.优选地，所述上部第一支撑套筒3材料为亚克力，目的是减少电磁屏蔽。
57.所述上部十字型摆动元件10包括圆盘部、设置于所述圆盘部上的十字型凸台部以及设置于所述十字型凸台部上的螺纹杆部。
58.本实施例中，所述上部十字型摆动元件10的圆盘部上形成有四个通孔，用于通过螺钉将所述上部十字型摆动元件10固定于所述中部过渡支撑板11上。
59.所述十字型凸台部包括从所述圆盘部的上表面的向上凸起形成的圆形凸台以及在所述圆形凸台的侧壁上向外延伸形成的四个矩形凸台，其中四个矩形凸台沿所述圆形凸台的外周面均匀布置，即相邻的两个矩形凸台之间的夹角为90
°
。
60.所述螺纹杆部的下端固定于所述十字型凸台部的中心；所述上部十字固定板9的中部形成有与所述十字型凸台部形状对应的异形孔，其中，所述十字型凸台部设置于所述上部十字固定板9的异形孔内，并且所述十字型凸台部与所述上部十字固定板9之间间隙设置。
61.本实施例中，所述上部十字固定板9固定于所述上部第二支撑套筒8的下端，所述上部第二支撑套筒8的上端固定于所述上部过渡支撑板5。
62.所述上部第一固定元件4的下表面形成有上球窝，所述上部第二固定元件7的上表面形成有下球窝，所述上球窝和下球窝形成容置空间(完整的球窝)，所述上部摆动铜珠6可活动地设置于所述容置空间内。
63.本实施例中，所述上部摆动铜珠6的中部形成为螺纹孔，所述上部十字型摆动元件10的螺纹杆部与所述上部摆动铜珠6的螺纹孔配合；所述上部十字型摆动元件10的螺纹杆部的上端形成一矩形槽，同时所述矩形槽的侧壁形成通孔，从而通过所述第一固定销24将所述弯矩敏感元件2固定于所述上部十字型摆动元件10的螺纹杆部的上端。
64.所述上部第一固定元件4中间存在通孔，该通孔的直径大于所述上部十字型摆动元件10的上侧螺纹杆直径，同时其外侧存在四个螺纹孔，通过螺钉与所述上部第二固定元
件7以及所述上部过渡支撑板5相连接，使其固定于所述上部过渡支撑板5下方。
65.所述上部过渡支撑板5外侧存在六个螺纹孔，用以通过螺钉与所述上部第一支撑套筒3以及上部第二支撑套筒8相连接，同时所述上部过渡支撑板5内侧存在四个螺纹孔，用以通过螺钉与所述上部第一固定元件4相连接，所述上部过渡支撑板5中间存在中心孔，所述上部过渡支撑板5的中心孔直径大于所述上部十字型摆动元件10的螺纹杆部的直径，并且所述上部十字型摆动元件10的螺纹杆部的上端穿过所述上部过渡支撑板5的中心孔，位于所述上部过渡支撑板的上方。
66.优选地，所述上部过渡支撑板5相较其他支撑板厚度略厚，所述上部十字固定板9与所述上部第二支撑套筒8都是通过螺钉固定于所述上部过渡支撑板5上，同时所述上部第一支撑套筒也是通过螺钉固定于所述上部过渡支撑板5上，且螺钉各自占所述上部过渡支撑板5的螺纹孔内的一半部分，故所述上部过渡支撑板5略厚。
67.所述上部摆动铜珠6存在中心螺纹孔，与所述上部十字型摆动元件10的螺纹杆部通过螺纹配合，同时其球面与所述上部第一固定元件4和所述上部第二固定元件7所构成的球窝接触配合。
68.所述上部第二固定元件7的中间存在通孔，所述上部第二固定元件7的通孔的直径大于所述上部十字型摆动元件10的螺纹杆部的直径，同时其外侧存在四个螺纹孔，通过螺钉与所述上部第一固定元件4相连接，同时所述上部第二固定元件7中间存在一半球窝，与所述上部第一固定元件4之间构成了一个完整的球窝，与所述上部摆动铜珠6构成了配合。优选地，所述上部摆动铜珠6与所述上部第一固定元件4以及上部第二固定元件7之间的接触面可以少量涂抹润滑油。
69.优选地，所述上部第二支撑套筒8材料为亚克力。
70.所述上部十字固定板9外侧存在六个通孔，用以通过螺钉与所述上部第二支撑套筒8配合，同时所述上部十字固定板9内侧存在异形孔，异形孔中间为圆形通孔，同时在圆形通孔四个方位分别向外延展一个带圆角的矩形孔，与所述上部十字型摆动元件10的十字型凸台部形成间隙配合。
71.本实施例中，优选地，所述上部十字固定板9中间的异形孔相对于所述上部十字型摆动元件10的十字型凸台部的尺寸要大一些，即所述上部十字固定板9的异形孔的圆形通孔的直径大于所述上部十字型摆动元件10的圆形凸台的直径；同时相应的带圆角的矩形孔的长与宽都要略大于所述上部十字型摆动元件10的矩形凸块的长与宽，即所述上部十字型摆动元件10在360
°
的角度上都存在一定的摆动余量。
72.所述中部过渡支撑板11外侧存在四个通孔用以通过螺钉与所述上部十字型摆动元件10以及所述中部支撑套筒16相配合，即，所述中部支撑套筒16的上端固定于所述中部过渡支撑板11，由此，所述中部过渡支撑板11与所述上部十字型摆动元件10共同形成了弯矩模块与扭矩模块之间的连接点。
73.所述中部过渡支撑板11的中部形成有中心孔，用于与所述中部扭转丝杠17的丝杠部配合，即所述中部扭转丝杠17的丝杠部的上端可转动地设置于所述中部过渡支撑板11的中心孔内。
74.并且所述中部过渡支撑板11在中心孔外侧形成有第一环形凹槽，所述第一扭矩敏感元件的上端设置于所述第一环形凹槽内。
75.所述中部支撑套筒16外侧存在四个通孔，用以通过螺钉与所述中部过渡支撑板11以及所述中部支撑板18进行配合，也就是说，所述中部支撑套筒16的下端固定于所述中部支撑板18。
76.所述中部支撑套筒16的侧壁上形成有带圆角的矩形孔，并且所述带圆角的矩形孔的长度方向平行于所述中部支撑套筒16的轴线方向，所述中部限位元件13的凸块沿所述中部支撑套筒16的轴线方向可滑动地设置于所述中部支撑套筒16的带圆角的矩形孔内，即所述中部限位元件13的一端可以沿所述中部支撑套筒16的轴线方向运动。
77.优选地，所述中部支撑套筒16材料为304不锈钢，以减少电磁屏蔽以及增加传感器的整体刚度，由于所述中部限位元件13的凸块与所述中部支撑套筒16构成了接触配合，同时所述中部支撑套筒16限制了所述中部限位元件13的扭转运动，故相应的材料最终选为304不锈钢，一方面其刚度略好，另一方面其不易发生磁化。
78.所述中部扭转丝杠17包括圆台部和设置于所述圆台部的丝杠部，其中，所述丝杠部和所述圆台部的轴心线重合。
79.所述中部支撑板18的中心形成有中心孔，所述中部支撑板18的中心孔直径与所述中部扭转丝杠17的圆台部的直径相同，以此，所述中部扭转丝杠的圆台部可转动地设置于所述中部支撑板18的中心孔内。
80.所述中部扭转丝杠17的圆台部与所述丝杠部连接的一端形成有外法兰，所述中部支撑板18设置于所述中部扭转丝杠17的外法兰的下方，并且与所述中部扭转丝杠17的外法兰接触。
81.本实施例中，所述中部扭转丝杠17的外法兰上形成有第二环形凹槽，所述第二扭矩敏感元件15的下端设置于所述第二环形凹槽内。
82.所述中部扭转丝杠17的丝杠部的下半部分为矩形丝杠螺纹，所述中部扭转丝杠17的丝杠部的上半部分为圆柱，以此使得所述中部扭转丝杠17的丝杠部的上端可转动地设置于所述中部过渡支撑板11的中心孔内。
83.所述中部第一螺帽12以及所述中部第二螺帽14的配合部分存在与之相对应的丝杠部分，与所述中部第一螺帽12以及所述中部第二螺帽14共同形成了丝杠机构，同时所述中部扭转丝杠17的最上侧为圆柱，通过所述中部过渡支撑板11的中心孔位于其相配合。
84.所述中部支撑板18外侧存在四个螺纹孔，用以通过螺钉与所述中部支撑套筒16相连接，同时所述中部支撑板18内侧存在一个通孔，该通孔直径与所述中部扭转丝杠17的下侧凸块直径相同。
85.所述中部第一螺帽12的中部形成为矩形丝杠螺纹孔，并且所述中部第一螺帽12与所述中部扭转丝杠17的丝杠部配合，以当所述中部扭转丝杠17转动时，能够使得所述中部第一螺帽12升降运动。
86.所述中部第一螺帽12的外表面形成有锥形表面，所述第一扭矩敏感元件的下端与所述锥形表面接触，即，所述中部第一螺帽12的锥形表面从上至下直径逐渐增加。
87.所述中部第二螺帽14的中部形成为矩形丝杠螺纹孔，并且所述中部第二螺帽14与所述中部扭转丝杠17的丝杠部配合，以当所述中部扭转丝杠17转动时，能够使得所述中部第二螺帽14升降运动。
88.所述中部第二螺帽14的外表面形成有倒锥形表面，所述第二扭矩敏感元件15的上
端与所述倒锥形表面接触，即，所述中部第二螺帽14的倒锥形表面从上至下直径逐渐减小。
89.所述中部第一螺帽12的下表面与所述中部第二螺帽14的下表面接触，并且所述中部限位元件13的另一端通过螺钉固定于所述中部第一螺帽12和所述中部第二螺帽14。
90.例如，所述中部第一螺帽12在两侧分别存在一个凹台，凹台分别存在一个螺纹孔，用以通过螺钉与所述中部限位元件13的另一端构成配合，同时所述中部第一螺帽12与所述中部第二螺帽14的中心丝杠螺纹孔可以无缝衔接。
91.所述中部第二螺帽14在两侧分别存在一个凹台，凹台分别存在一个螺纹孔，用以通过螺钉与所述中部限位元件13构成配合。
92.优选地，所述中部第一螺帽12与所述中部第二螺帽14通过螺钉与所述中部限位元件13共同形成了配合，因此，也可以将所述中部第一螺帽12、中部限位元件13和中部第二螺帽14看做一个整体。
93.更优选地，由于所述中部第一螺帽12与所述中部第二螺帽14以及所述中部扭转丝杠17共同构成了丝杠结构，故可以将所述中部限位元件13一同加入看做一个完整的丝杠结构。
94.本实施例中，所述第一扭矩敏感元件和第二扭矩敏感元件15整体为圆环型，并且，所述第一扭矩敏感元件和第二扭矩敏感元件15上粘贴有磁致伸缩材料。
95.优选地，所述第一扭矩敏感元件与中部过渡支撑板11之间，以及所述第二扭矩敏感元件与中部扭转丝杠之间的接触部分可以涂抹润滑脂。
96.本实施例中，所述中部扭转丝杠17的下端通过螺钉与所述下部支撑板19相固定。
97.优选地，所述中部支撑板18下侧存在的螺钉的螺帽部分与所述下部支撑板19的上表面接触，以减少轴向力对所述第一扭矩敏感元件和第二扭矩敏感元件15的影响。
98.所述下部支撑板19固定于所述下部轴向支撑元件20，例如，所述下部支撑板19外侧存在四个通孔，用以通过螺钉与所述下部轴向支撑元件20相配合，同时其内侧存在四个通孔以及相对应的四个沉孔，用以通过螺钉与所述中部扭转丝杠17相配合，所述下部支撑板19与所述下部轴向支撑元件20共同构成了本发明的扭转模块与轴向力模块之间的连接。
99.所述下部轴向支撑元件20整体呈倒t型，所述下部轴向支撑元件20的上端固定于所述下部支撑板19，所述下部轴向支撑元件20的下端可滑动地设置于所述下部支撑套筒22内。
100.也就是说，所述下部轴向支撑元件20的下端的直径与所述下部支撑套筒22的内径相同。
101.所述下部轴向支撑元件20的下端沿其轴向开设有沉孔，所述轴向力敏感元件21的上端固定于所述下部轴向支撑元件20的沉孔内。
102.所述下部轴向支撑元件20的中心形成有中心沉孔；所述下部轴向承力接头23包括底座和导向杆部，所述导向杆部的下端固定于所述底座上，并且所述导向杆部与所述底座的轴心线相同；所述导向杆部的上端可滑动地设置于所述下部轴向支撑元件20的中心沉孔内；优选地，所述下部轴向支撑元件20的中心沉孔的横截面为带圆角的矩形孔，或者所述中心沉孔的横截面为非圆形；所述导向杆部的横截面的形状与所述下部轴向支撑元件20的中心沉孔的横截面相同，依次使得所述下部轴向支撑元件20和下部轴向承力接头23之间不相互转动。
103.所述下部支撑套筒22的下端固定于所述下部轴向承力接头23的底座，并且，所述轴向力敏感元件21的下端固定于所述下部轴向承力接头23的底座。
104.优选地，所述下部轴向支撑元件20的沉孔的侧壁开设有通孔；所述轴向力敏感元件21的上端形成有通孔，所述第三固定销26穿过所述下部轴向支撑元件20的通孔和所述轴向力敏感元件21上端的通孔，将所述轴向力敏感元件21固定于所述下部轴向支撑元件20。
105.本公开中，所述下部轴向承力接头的导向杆部上沿所述导向杆部的径向开设有带圆角的矩形孔，其中，所述导向杆部的带圆角的矩形孔的长度方向与所述导向杆部的轴线相同，所述第三固定销26的直径与所述导向杆部的带圆角的矩形孔的宽度相同，并且小于所述导向杆部的带圆角的矩形孔的长度；并且所述第三固定销26的中部可滑动地设置于所述导向杆部的带圆角的矩形孔内，即所述第三固定销26能够沿所述导向杆部的带圆角的矩形孔的长度方向运动。
106.所述轴向力敏感元件21整体呈工字型，其上侧通过所述第三固定销26固定于所述下部轴向支撑元件20；下侧通过螺钉固定于所述下部轴向承力接头23，所述轴向力敏感元件21上粘贴有磁致伸缩材料。
107.优选地，所述轴向力敏感元件21数量为两个，同时所述轴向力敏感元件21以及所述弯矩敏感元件2的磁致伸缩材料均贴在其中间部分。
108.所述下部支撑套筒22外侧存在六个通孔，用以通过螺钉与所述下部轴向承力接头23进行配合，同时所述下部支撑套筒22与所述下部轴向支撑元件20上端的圆盘之间存在一定距离，这就允许了所述下部轴向支撑元件20和下部轴向承力接头23存在一定的轴向运动余量。
109.优选地，所述下部支撑套筒22材料为亚克力，目的是减少电磁屏蔽。
110.当直筒模块型维间解耦三维无线无源传感器工作时，所述弯矩敏感元件2受到的力仅为拉应力，所述轴向力敏感元件21受到的力为轴向拉力/压力，所述第一扭矩敏感元件和第二扭矩敏感元件15受到的力为扩张力。
111.当本实施例的直筒模块型维间解耦三维无线无源传感器在使用时，可以将其上端的上部弯矩承力接头1固定于待测件，并且将下部轴向承力接头23固定于待测件，由此，当在外部弯矩的作用下，能够在弯矩敏感元件2上产生形变，并且同时，弯矩敏感元件2上粘贴有磁致伸缩材料，即可以实现弯矩的检测。
112.当在外部扭矩的作用下，能够在第一扭矩敏感元件和第二扭矩敏感元件15上产生形变，并且同时，第一扭矩敏感元件和第二扭矩敏感元件15上粘贴有磁致伸缩材料，即可以实现扭矩的检测。
113.当在外部轴向力的作用下，能够在轴向力敏感元件21上产生形变，并且同时，轴向力敏感元件21上粘贴有磁致伸缩材料，即可以实现轴向力的检测。
114.本实施例中，所述上部弯矩承力接头1为所述直筒模块型维间解耦三维无线无源传感器的弯矩应力输入端；所述下部轴向承力接头23为所述直筒模块型维间解耦三维无线无源传感器的轴向力输入端。
115.当直筒模块型维间解耦三维无线无源三维传感器受到耦合力时，弯矩分量通过所述上部弯矩承力接头1输入，由于所述上部弯矩承力接头1通过所述第一固定销24直接与所述弯矩敏感元件2相连接，同时所述弯矩敏感元件2还通过所述第二固定销25固定于所述上
部十字型摆动元件10的上侧，同时所述上部十字型摆动元件10还与所述上部摆动铜珠6通过螺纹相连接，并且所述上部摆动铜珠6的球面被固定于所述上部第一固定元件4与上部第二固定元件7之间的球窝中，且所述上部十字型摆动元件10的上侧杆的直径要小于所述上部第一固定元件4与上部第二固定元件7以及所述上部过渡支撑板5的中心孔直径，所述上部十字型摆动元件10的十字型凸台部的整体尺寸小于所述上部十字固定板9的中间异形孔，且所述上部十字型摆动元件10的圆盘部与所述上部十字固定板9之间存在一定余量，综上，所述上部十字型摆动元件10会存在一定的360
°
摆动余量，故当弯矩分量从所述上部弯矩承力接头1输入时，所述上部十字型摆动元件10会存在一定的360
°
摆动余量，故当弯矩分量从所述上部弯矩承力接头1输入时，传感器上部除所述上部十字型摆动元件10保持不动外，其他元件会发生摆动；此时，所述上部十字型摆动元件10会拽动所述弯矩敏感元件2发生径向拉伸，从而发生形变。在弯矩敏感元件2表面覆盖磁致伸缩材料，耦合力中的弯矩分力就会在磁致伸缩材料上产生应力应变。在施加的激励磁场的作用下产生磁致伸缩逆效应(维拉里效应)，通过检测线圈检测其磁场变化。
116.弯矩的传递路线为所述上部弯矩承力接头1、上部第一支撑套筒3、上部过渡支撑板5、螺钉、上部第一固定元件4、上部摆动铜珠6、上部第二固定元件7、弯矩敏感元件2、上部十字型摆动元件10、中部过渡支撑板11、中部支撑套筒16、中部支撑板18、螺钉、下部轴向支撑元件20、螺钉、下部支撑套筒22，弯矩到达所述下部轴向承力接头23输出，当弯矩传递到所述中部支撑板18上时，由于所述中部支撑板18与所述下部支撑板19之间的距离等于其上螺钉的螺帽高度，故当弯矩传递到所述中部支撑板18上时，弯矩会直接向下传递到达所述下部支撑板19，故当传感器受到弯矩时不会对所述第一扭矩敏感元件和第二扭矩敏感元件15产生影响；当弯矩传递到所述下部轴向支撑元件20时，由于所述下部轴向支撑元件20的中心沉孔直径与所述下部轴向承力接头23的导向杆部的截面相同，同时所述下部轴向支撑元件20的下端的外径与所述下部支撑套筒22的内径相同，故当弯矩到达所述下部轴向支撑元件20时，故当传感器受到弯矩时不会对所述轴向力敏感元件21产生影响。
117.本实施方案所述的受力敏感区域可结合图2、图3、图6和图7，可见所受弯矩并未对扭转力以及轴向力的力敏区域产生应力变化，即所述第一扭矩敏感元件和第二扭矩敏感元件15以及轴向力敏感元件21本身未发生形变。
118.当直筒模块型维间解耦三维无线无源三维传感器受到耦合力时，轴向力分量通过所述下部轴向承力接头输入，由于所述下部轴向承力接头23与所述下部支撑套筒22之间为螺钉连接，且所述下部支撑套筒22与套筒内部以及上部元件没有任何连接，同时所述下部支撑套筒22与所述下部轴向支撑元件20之间存在一定距离，故当轴向力分量从所述下部轴向承力接头23输入时，所述下部轴向承力接头23会直接拉伸或压缩所述轴向力敏感元件21，从而发生形变。在轴向力敏感元件21表面覆盖磁致伸缩材料，耦合力中的弯矩分力就会在磁致伸缩材料上产生应力应变。在施加的激励磁场的作用下产生磁致伸缩逆效应(维拉里效应)，通过检测线圈检测其磁场变化。
119.轴向力的传递路线为所述下部轴向承力接头23、下部支撑套筒22、轴向力敏感元件21、第三固定销26、下部轴向支撑元件20、下部支撑板19、中部扭转丝杠17、中部支撑板18、中部支撑套筒16、中部过渡支撑板11、上部十字型摆动元件10、上部摆动铜珠、上部第二固定元件7、上部第一固定元件4、上部过渡支撑板5、上部第一支撑套筒3，到达所述上部弯
矩承力接头1输出。当轴向力到达所述中部扭转丝杠17时，由于所述中部扭转丝杠中侧存在一个直径大于所述中部支撑板18中心孔直径的圆盘以及所述中部扭转丝杠17的上部存在圆柱直接抵到了所述上部十字型摆动元件10的下底面，所以轴向力会直接向上传递，故当传感器受到轴向力时不会对所述第一扭矩敏感元件和第二扭矩敏感元件15产生影响；当轴向力分量到达所述上部十字型摆动元件10上时，由于所述上部摆动铜珠6以及所述上部第一固定元件4与所述上部第二固定元件7的共同作用，又由于所述上部第一固定元件4与所述上部第二固定元件7通过螺钉固定于所述上部过渡支撑板5的下表面上，且所述上部第二固定元件7的外径大于所述上部十字固定板9的内孔直径，故轴向力会直接向上传递到达所述上部过渡支撑板5，又由于所述上部过渡支撑板5与所述上部第一支撑套筒3以及所述上部弯矩承力接头1之间为螺钉的紧密连接，故当传感器受到轴向力时不会对所述弯矩敏感元件2产生影响。
120.本实施方案所述的受力敏感区域可结合图2、图3、图8和图9，可见所受轴向力并未对扭转力以及弯矩的力敏区域产生应力变化，即所述的所述第一扭矩敏感元件和第二扭矩敏感元件15以及弯矩敏感元件2本身未发生形变。
121.当直筒模块型维间解耦三维无线无源三维传感器受到耦合力时，扭矩分量通过所述下部轴向承力接头23输入，由于所述下部轴向承力接头23的导向杆部的截面形状和下部轴向支撑元件20的中心沉孔的截面形状相同，均为带圆角的矩形凸块；且为小间隙配合，故扭矩分量会直接向上传递到达所述下部支撑板19，又所述下部支撑板19通过螺钉固定于所述中部扭转丝杠17的下表面上，且所述中部扭转丝杠17与所述中部第一螺帽12、中部第二螺帽14以及所述中部限位元件13共同构成了丝杠结构，故当扭矩分量到达所述中部扭转丝杠17时，所述中部扭转丝杠17会发生转动，同时由于所述中部限位元件13的一端处于所述中部支撑套筒16的两侧异形孔位中，该孔位限制了所述中部限位元件13的圆周运动，故此时中部扭转丝杠17发生转动，所述中部第一螺帽12、中部第二螺帽14以及所述中部限位元件13会发生向下或向上的运动，又所述第一扭矩敏感元件和第二扭矩敏感元件15处于所述中部第一螺帽12以及所述中部第二螺帽14的斜坡上，从而发生形变。在所述第一扭矩敏感元件和第二扭矩敏感元件15表面覆盖磁致伸缩材料，耦合力中的扭矩分力就会在磁致伸缩材料上产生应力应变。在施加的激励磁场的作用下产生磁致伸缩逆效应(维拉里效应)，通过检测线圈检测其磁场变化。
122.扭矩的传递路线为所述下部轴向承力接头23、下部轴向支撑元件20、下部支撑板19、中部扭转丝杠17、中部第二螺帽14、中部第一螺帽12、中部限位元件13、所述第一扭矩敏感元件和第二扭矩敏感元件15、中部支撑套筒16、中部过渡支撑板11、上部十字型摆动元件10、上部十字固定板9、上部第二支撑套筒8、上部过渡支撑板5、上部第二支撑套筒8，扭矩分量到达所述上部弯矩承力接头1输出。当扭矩分量到达所述下部轴向承力接头23时，由于所述下部轴向承力接头的上部凸块为带圆角的矩形凸块，且所述下部轴向支撑元件20的下部中心沉孔的孔位也为带圆角的矩形孔，且为小间隙配合，故扭矩分量会直接向上传递到达所述下部支撑板19，故当传感器受到扭矩时不会对所述轴向力敏感元件21产生影响；当扭矩分量到达所述上部十字型摆动元件10时，由于所述上部十字型摆动元件10与所述上部十字固定板之间的异形孔为小间隙配合，故此时会产生微小的扭转方向的转动，同时，所述上部弯矩承力接头1的下端固定有弯矩敏感元件2，所述弯矩敏感元件2在受到微量的扭转作
用时不会发生形变，故当传感器受到扭矩时不会对所述弯矩敏感元件2产生影响。
123.本实施方案所述的受力敏感区域可结合图2、图3、图10和图11，可见所受扭矩并未对弯矩以及轴向力的力敏区域产生应力变化，即所述的弯矩敏感元件2以及轴向力敏感元件21本身未发生形变。
124.本发明的直筒模块型维间解耦三维无线无源传感器，能够同时检测出耦合力中的弯曲力分量、扭转力分量和拉压力分量，即对耦合力进行结构解耦；而且不需要连入供电线路或通过有线接口采集数据；同时本发明采用的是模块化设计，通过三个分别检测弯曲分量和拉压分量以及扭转分量的三个模块组装共同构成了本发明的传感器本身，可以随意拆卸模块并且进行组装；应用在机床、生物以及医学领域，可大大减少传感器输出数据时需要繁多的有线传输的问题，也大大促进了信息传递的简易性。
125.以上实施例的先后顺序仅为便于描述，不代表实施例的优劣。
126.最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。