一種線(xiàn)纜計(jì)米器牽引力監(jiān)測(cè)裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型屬于線(xiàn)纜制造業(yè)技術(shù)領(lǐng)域，涉及到一種線(xiàn)纜計(jì)米器，具體涉及到一種 線(xiàn)纜計(jì)米器牽引力監(jiān)測(cè)裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 計(jì)米器是線(xiàn)纜制造必備的設(shè)備之一，隨著設(shè)備和產(chǎn)品的不斷改進(jìn)和提高，計(jì)米裝 置的合理、精準(zhǔn)也越來(lái)越為制造商和研究單位所關(guān)注和重視。有關(guān)計(jì)米器減小計(jì)米誤差方 面的工作是線(xiàn)纜行業(yè)制造商十分關(guān)注的一項(xiàng)工作，尤其是對(duì)價(jià)值（附加值）高的產(chǎn)品，如 截面積大的電力電纜、控纜、礦用電纜、交聯(lián)電纜和通信電纜等更是如此。線(xiàn)纜在不同的張 力狀態(tài)下（即在繃緊和松弛狀態(tài)下）計(jì)米測(cè)量值是不同的，故在這種情況下測(cè)量會(huì)產(chǎn)生一 定的誤差（偏差）。因此，在生產(chǎn)過(guò)程中需要線(xiàn)纜自身盡可能保持一定的張力。計(jì)米器的 張緊輪、機(jī)械壓輪的張力和色帶計(jì)米器導(dǎo)輪在生產(chǎn)制造中是否打滑，也是影響計(jì)米精度的 一個(gè)重要因素。在實(shí)際的生產(chǎn)使用過(guò)程中，線(xiàn)纜牽引機(jī)的卷取速度，直接影響到計(jì)米輪或者 計(jì)米履帶與線(xiàn)纜的摩擦力大小，在線(xiàn)纜計(jì)米的過(guò)程中，牽引機(jī)帶動(dòng)線(xiàn)纜向前運(yùn)動(dòng)，兩個(gè)計(jì)米 輪緊壓著線(xiàn)纜，通過(guò)計(jì)米輪與線(xiàn)纜之間的靜摩擦力帶動(dòng)計(jì)米輪轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)計(jì)米功能。
[0003] 如果計(jì)米輪與線(xiàn)纜的壓力過(guò)小，會(huì)導(dǎo)致提供的最大靜摩擦力不能平衡牽引機(jī)的牽 引力，計(jì)米輪與線(xiàn)纜之間由原來(lái)的靜摩擦變成滑動(dòng)摩擦，導(dǎo)致計(jì)米誤差。如果壓力過(guò)大，則 牽引機(jī)必須提供足夠大的牽引力才能帶動(dòng)線(xiàn)纜運(yùn)動(dòng)，增加牽引機(jī)的能源損耗。因此，必須對(duì) 計(jì)米器與線(xiàn)纜之間的正壓和靜摩擦力進(jìn)行監(jiān)測(cè)，確保牽引力也即靜摩擦力不超過(guò)計(jì)米輪與 線(xiàn)纜之間的最大靜摩擦力，防止線(xiàn)纜與計(jì)米輪之間出現(xiàn)滑動(dòng)摩擦，造成計(jì)米誤差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 為了克服以上現(xiàn)有技術(shù)的不足，本實(shí)用新型提供一種線(xiàn)纜計(jì)米器牽引力監(jiān)測(cè)裝 置，通過(guò)在計(jì)米輪上設(shè)置二維力傳感器，監(jiān)測(cè)計(jì)米輪與線(xiàn)纜之間的正壓和切向的牽引力，防 止線(xiàn)纜與計(jì)米輪之間出現(xiàn)滑動(dòng)摩擦，造成計(jì)米誤差。
[0005] 本實(shí)用新型的技術(shù)方案是：一種線(xiàn)纜計(jì)米器牽引力監(jiān)測(cè)裝置，包括計(jì)米輪和線(xiàn)纜 牽引機(jī)，還包括二維力傳感器和傳感系統(tǒng)信號(hào)處理器，二維力傳感器設(shè)置在計(jì)米輪的曲面 采集線(xiàn)纜與計(jì)米輪之間的正壓力和靜摩擦力并發(fā)送給傳感系統(tǒng)信號(hào)處理器，傳感系統(tǒng)信號(hào) 處理器將正壓力和靜摩擦力反饋給線(xiàn)纜牽引機(jī)，二維力傳感器包括圓環(huán)電容單元組合條狀 電容單元組，所述條狀電容單元組設(shè)置在基板圓環(huán)電容單元組外的四角或者圓心，所述圓 環(huán)電容單元組包括至少一組圓環(huán)電容單元對(duì)，圓環(huán)電容單元對(duì)包括兩個(gè)相互圓環(huán)電容單 元，所述條狀電容單元組是由兩個(gè)以上的條狀電容單元組成的梳齒狀結(jié)構(gòu)，每個(gè)圓環(huán)電容 單元和條狀電容單元均包括上極板的驅(qū)動(dòng)電極和下極板的感應(yīng)電極。
[0006] 線(xiàn)纜計(jì)米器牽引力監(jiān)測(cè)裝置的圓環(huán)電容單元的感應(yīng)電極和驅(qū)動(dòng)電極正對(duì)且形狀 相同，條狀電容單元的驅(qū)動(dòng)電極和感應(yīng)電極寬度相同，驅(qū)動(dòng)電極長(zhǎng)度兩端分別預(yù)留左差 位S左和右差位5右，b0驅(qū)=b0感+5右+5左，其中b0驅(qū)為條狀電容單元的驅(qū)動(dòng)電極長(zhǎng)度， b〇感為感應(yīng)電極長(zhǎng)度。所述條狀電容單元的左差位S左和右差位6右有S左=S右，且
容單元圓環(huán)的寬度，a50相鄰兩圓環(huán)電容單元之間的電極間距。所述條狀電容單元的寬度
剪模量。所述圓環(huán)電容單元組和條狀電容單元組的驅(qū)動(dòng)電極通過(guò)一個(gè)引出線(xiàn)與傳感系統(tǒng)信 號(hào)處理器連接，所述圓環(huán)電容單元組的每個(gè)圓環(huán)的感應(yīng)電極單獨(dú)引線(xiàn)與傳感系統(tǒng)信號(hào)處理 器連接，條狀電容單元組的感應(yīng)電極設(shè)一根引線(xiàn)。所述圓環(huán)電容單元、電容單元模塊與傳感 系統(tǒng)信號(hào)處理器之間分別設(shè)有中間變換器，中間變換器用于設(shè)置電壓對(duì)電容或頻率對(duì)電容 的傳輸系數(shù)。
[0007] 本實(shí)用新型的有益效果是：本實(shí)用新型在電容測(cè)量二維力的基礎(chǔ)上，有效使用平 板的使用面積，整個(gè)圓環(huán)電容單元都對(duì)法向作用具有貢獻(xiàn)，并且通過(guò)差動(dòng)等方法有效解決 二維力耦合，從而使法向與切向轉(zhuǎn)換都達(dá)到較高的線(xiàn)性、精度與靈敏度。另外，對(duì)計(jì)米輪與 線(xiàn)纜之間的正壓和靜摩擦力實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，避免正壓過(guò)小提供的最大靜摩擦力不足，也避免牽 引力過(guò)大導(dǎo)致滑動(dòng)摩擦，造成計(jì)米誤差。
【附圖說(shuō)明】
[0008] 圖1是本實(shí)用新型的【具體實(shí)施方式】的同心圓環(huán)偏移錯(cuò)位面積分析圖。
[0009] 圖2是本實(shí)用新型的【具體實(shí)施方式】的同心圓環(huán)錯(cuò)位對(duì)外徑圓分析圖。
[0010] 圖3是本實(shí)用新型的【具體實(shí)施方式】的平行板電容的平面設(shè)計(jì)圖。
[0011] 圖4是本實(shí)用新型的【具體實(shí)施方式】的條形電容單元組平面設(shè)計(jì)圖。
[0012] 圖5是本實(shí)用新型的【具體實(shí)施方式】的兩組圓環(huán)電容組結(jié)構(gòu)圖。
[0013]圖6是本實(shí)用新型的【具體實(shí)施方式】的單元電容對(duì)的信號(hào)差動(dòng)示意圖。
[0014] 圖7是本實(shí)用新型的【具體實(shí)施方式】的平行板電容器剖面結(jié)構(gòu)。
【具體實(shí)施方式】
[0015] 下面對(duì)照附圖，通過(guò)對(duì)實(shí)施例的描述，本實(shí)用新型的【具體實(shí)施方式】如所涉及的各 構(gòu)件的形狀、構(gòu)造、各部分之間的相互位置及連接關(guān)系、各部分的作用及工作原理、制造工 藝及操作使用方法等，作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明，以幫助本領(lǐng)域技術(shù)人員對(duì)本實(shí)用新型的發(fā)明 構(gòu)思、技術(shù)方案有更完整、準(zhǔn)確和深入的理解。
[0016] 本實(shí)用新型的主要思路是：線(xiàn)纜在計(jì)米的過(guò)程中，由牽引機(jī)牽引，線(xiàn)纜從兩個(gè)計(jì)米 輪或者履帶中間穿過(guò)，計(jì)米輪給線(xiàn)纜施加壓力，線(xiàn)纜與計(jì)米輪之間的靜摩擦力帶動(dòng)計(jì)米輪 轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)度計(jì)量。如果計(jì)米輪和線(xiàn)纜之間的壓力過(guò)小，則最大靜摩擦力較小，線(xiàn)纜與計(jì) 米輪之間容易出現(xiàn)滑動(dòng)摩擦，造成計(jì)米誤差，如果壓力過(guò)大，會(huì)增大線(xiàn)纜與計(jì)米輪之間的靜 摩擦力，計(jì)米輪給線(xiàn)纜的靜摩擦力方向與牽引力方向相反，影響牽引機(jī)的工作效率，也會(huì)使 整個(gè)生產(chǎn)線(xiàn)的效率降低。因此，本實(shí)用新型在計(jì)米輪與線(xiàn)纜接觸的曲面上設(shè)置二維力傳感 器，監(jiān)測(cè)計(jì)米輪與線(xiàn)纜的正壓和切向靜摩擦力，合理設(shè)置計(jì)米輪與線(xiàn)纜的正壓大小，以及線(xiàn) 纜牽引機(jī)的牽引速度。在二維力傳感器的外表面設(shè)置一層柔性薄膜，起到保護(hù)傳感器的作 用，二維力傳感器連接傳感系統(tǒng)信號(hào)處理器，傳感系統(tǒng)信號(hào)處理器對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，給 出計(jì)米輪與線(xiàn)纜之間的切向力和法向力，本實(shí)用新型的二維力傳感器為圓環(huán)型的電容式壓 力傳感器。線(xiàn)纜牽引機(jī)根據(jù)傳感系統(tǒng)信號(hào)處理器反饋的靜摩擦力和正壓力數(shù)值，調(diào)節(jié)牽引 力。
[0017] 圓環(huán)型的電容式壓力傳感器包括圓環(huán)電容單元組和條狀電容單元組，圓環(huán)電容單 元組用于測(cè)切向力和法向力的大小，條狀電容單元組用于測(cè)量切向力的方向，條狀電容單 元組設(shè)置在圓環(huán)的圓心位置，圓環(huán)電容單元組包括兩組以上圓環(huán)電容單元對(duì)，圓環(huán)電容單 元對(duì)包括兩個(gè)相互圓環(huán)電容單元，條狀電容單元組是由兩個(gè)以上的條狀電容組成的梳齒狀 結(jié)構(gòu)，每個(gè)環(huán)形電容單元或條狀電容單元均包括上極板的驅(qū)動(dòng)電極和下極板的感應(yīng)電極。 每個(gè)圓環(huán)電容單元的感應(yīng)電極和驅(qū)動(dòng)電極正對(duì)且形狀相同，每個(gè)條狀電容單元的驅(qū)動(dòng)電極 和感應(yīng)電極寬度相同，條狀電容的驅(qū)動(dòng)電極的長(zhǎng)度大于感應(yīng)電極長(zhǎng)度，條狀電容的驅(qū)動(dòng)電 極長(zhǎng)度兩端分別預(yù)留左差位S左和右差位S右，b0驅(qū)=b0感+5右+ 5左，其中b0驅(qū)為條狀電容 單元的驅(qū)動(dòng)電極長(zhǎng)度，Wig為條狀電容單元的感應(yīng)電極長(zhǎng)度。條狀電容的差位Ss= 5$，
實(shí)用新型中條狀電容的驅(qū)動(dòng)電極和感應(yīng)電極沿寬度方向存在一個(gè)初始偏移。
性介質(zhì)的抗剪模量。圓環(huán)電容單元組和條狀電容單元組的驅(qū)動(dòng)電極通過(guò)一個(gè)引出線(xiàn)與傳感 系統(tǒng)信號(hào)處理器連接，圓環(huán)電容單元組的每個(gè)圓環(huán)單獨(dú)引線(xiàn)與傳感系統(tǒng)信號(hào)處理器連接， 條狀電容單元的每個(gè)感應(yīng)電極可以通過(guò)一根引線(xiàn)與傳感系統(tǒng)信號(hào)處理器連接。傳感系統(tǒng)信 號(hào)處理器和電容單元之間設(shè)有中間變換器，變換器用于設(shè)置電壓對(duì)電容或頻率對(duì)電容的傳 輸系數(shù)。
[0019] 下面結(jié)合附圖1-7對(duì)本實(shí)用新型的推導(dǎo)和原理，對(duì)各部分形狀、構(gòu)造、各部分之間 的相互位置及連接關(guān)系、各部分的作用及工作原理、操作使用方法等，作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō) 明。
[0020] 1. 1電容公式及其輸入輸出特性
[0021] 平行板電容器的初始電容為：
[0023] 式中，￡。真空介質(zhì)電常數(shù)為8.85PF/m，er= 2. 5為電介質(zhì)的相對(duì)介電常數(shù)。d。 受〇n的激勵(lì)產(chǎn)生相對(duì)變形en=Sn/d。= 〇n/E，代入⑴式得到輸入輸出特性
[0025] 1. 2法向應(yīng)力作用下的線(xiàn)性度和靈敏度
[0026] I. 2. 1法向線(xiàn)性度
[0027] (2)式中^在分母中，故Cn=f(Fn)的關(guān)系是非線(xiàn)性的。因轉(zhuǎn)換量程中的最大值 〇n_與介質(zhì)彈性常數(shù)E相比，en是個(gè)很小的量，即分母中en〈〈l，將（2)式按級(jí)數(shù)展開(kāi)并 略去二次方以上的高階無(wú)窮小，可簡(jiǎn)化為：
[0034] 按（3)式可得線(xiàn)性靈敏度，
[0035] Snl=C0/AE=e0er/d0E(5)
[0036] Sn2?Fn而變，F(xiàn)n愈大，Sn2愈大，在整個(gè)轉(zhuǎn)換特性上呈輕微非線(xiàn)性。
[0037] 1. 3切向位移和圓環(huán)電容器有效面積之間的關(guān)系
[0038] 針對(duì)同心圓環(huán)電容對(duì)進(jìn)行分析，如圖1所示，R1為外圓半徑，R2為內(nèi)圓半徑，r=圓 環(huán)寬度=大外圓半徑R1-內(nèi)圓半徑R2。給驅(qū)動(dòng)電極一個(gè)切面上的力Fx，導(dǎo)致上下對(duì)應(yīng)的驅(qū) 動(dòng)電極和感應(yīng)電極產(chǎn)生一個(gè)剪切錯(cuò)位，設(shè)dx為切面位移，錯(cuò)位面積為S和S#，電極板的初 始正對(duì)面積應(yīng)為(?2-?2)。圖2為外同心圓環(huán)電容對(duì)外徑圓分析圖，移動(dòng)前后兩圓心距 離為dx，移動(dòng)前后兩圓心和兩圓的交點(diǎn)形成一個(gè)菱形，可以計(jì)算S#的面積：dx
[0044] 同理，可以知道，S內(nèi)=2R2dx，所以同心圓環(huán)電容的錯(cuò)誤面積為S= 2RA+2RA。
[0045] 1.4切向應(yīng)力T激勵(lì)下的圓環(huán)電容器的電容變化
[0046] 切向應(yīng)力T并不改變極板的幾何尺寸參數(shù)A。，對(duì)介質(zhì)厚度d。也不產(chǎn)生影響。然 而TJPTy改變了平行板電容器的空間結(jié)構(gòu)，正向面對(duì)的上下極板之間發(fā)生了錯(cuò)位偏移。 極板在T作用下的錯(cuò)位偏移dx。
[0047] 當(dāng)T為零時(shí)，上下極板是正對(duì)的，極板之間有效截面At = 71_珩在圖2中， 在Tx右向的作用下，上極板相對(duì)于下極板產(chǎn)生了向右的錯(cuò)位偏移dx，從而使上下極板之間 在計(jì)算電容時(shí)的有效面積