CN112041649A - 用于测量杆的弯曲度的传感器 - Google Patents

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Abstract

一种用于在受到一个或多个力的情况下测量杆的弯曲的传感器，该传感器包括至少一个磁体和霍尔效应传感器的组合，其中，至少一个磁体和霍尔效应传感器当力没有作用在杆上时彼此处于预定位置，并且当力作用在杆上时可以相对运动，使得传感器产生与相对运动成正比的信号。

Description

用于测量杆的弯曲度的传感器
技术领域
本发明涉及一种用于测量桨的弯曲度(flex)的方法和***，特别是但非排它性地使用新型传感器。
背景技术
划船是一项非常有竞争性的运动，并且不断地评估划船者的表现，以便确定提高划船者表现的方法。为了做到这一点，将实时分析划船者的表现，以找出适当的改进措施。
众所周知，使用所谓的智能桨，它包括一个可以评估划船者表现的集成***。尚未证明这些类型的***特别有效。划艇内结构的测量和运动通常由粘结应变仪和传感器执行。它们通常位于结构的外部，并测量两点之间的运动。由于难以将传感器粘附在诸如桨之类的长杆(pole)的外侧上，所以这往往难以实现。传感器可能会被撞下或轻易损坏。另外，由于材料的性质，与这些类型的传感器的复合材料(例如碳纤维等)的结合可能特别困难。
为了评估划船者的表现，特别有用的是在沿桨的预定位置处测量弯曲度，以评估划船者在桨上施加的力量和力量的方向。为此，本发明涉及以下事实：很难测量由划船者产生的相对于船的力。因此，需要一种新型的测量装置，用于确定桨的力和弯曲度，从而能够更好地分析划船者的表现。
因此，本发明的一个目的是提供一种测量装置或传感器，以帮助识别划船者的表现并确定可以反思该表现的方式。
发明内容
根据本发明的一个方面，提供了一种传感器，该传感器用于在暴露于一个或多个力时测量杆的弯曲度，该传感器包括至少一个磁体和霍尔效应(Hall Effect)传感器的组合，其中，当没有力作用在杆上时，至少一个磁体和霍尔效应传感器相对于彼此而处于预定位置，并且当力作用在杆上时，至少一个磁体和霍尔效应传感器能够相对于彼此而运动，从而由传感器产生与相对运动成正比的信号。
优选地，至少一个磁体和霍尔效应传感器的组合被定位在传感器上，使得当没有力作用在杆上时它们彼此对准。
优选地，传感器包括第一部分，该第一部分适于在施加力时与杆一起运动；以及第二部分，该第二部分不适于这样的运动，从而引起相对运动。
优选地，至少一个磁体和霍尔效应传感器的组合中的一个位于第一部分和第二部分中的一个部分上，另一个位于另一个部分上。
优选地，传感器适于测量多个轴(axes)之一上的弯曲。
优选地，传感器位于杆的外表面。
优选地，所述传感器由第一部分形成，所述第一部分适于定位在所述杆上并且当所述杆受到力作用时与所述杆一起运动；以及第二部分，所述第二部分不适于与所述杆一起运动。
优选地，传感器包括支撑第一和第二部分的主体，使得杆的运动引起第一与第二部分之间的相对运动。
优选地，所述传感器包括滑动构件，所述滑动构件支撑所述至少一个磁体和霍尔效应传感器的组合中的一个，相对于所述第二部分可运动，从而调节所述至少一个磁体和霍尔效应传感器的组合的灵敏度。
优选地，传感器位于杆内部。
优选地，传感器还包括圆柱形的第一部分，其适于紧紧地装配在杆内并在杆受到力作用时与杆一起运动；以及突出的第二部分，其不适于与杆一起运动，并且具有与圆柱形的第一部分的端面并列的点。
优选地，圆柱形的第一部分包括通过两个端部连接的多个柔性螺旋元件，并且其中，突出部从一个端部朝向第二个端部的内表面延伸。
优选地，至少一个磁体和霍尔效应传感器的组合位于内表面上和与内表面并列的突出部的端部上。
优选地，传感器还包括用于收集和存储信号的存储器。
优选地，传感器还包括用于分析信号的处理器。
优选地，杆是桨。
根据本发明的另一方面，提供了一种桨，其具有根据本发明的另一方面的用于测量其弯曲的传感器。
附图说明
从下面的详细描述中，本发明的附加特征将变得显而易见，该详细描述是指仅是说明性的而不是限制性的实施例，如附图所示，
其中：
图1是示出根据本发明实施例的划艇的图。
图2是示出根据本发明实施例的在划桨上原位的传感器的第一实施例的图。
图3是根据本发明实施例的在划桨上原位的传感器的第二实施例。
图4是本发明的第三实施例，示出了根据本发明的实施例的嵌入在桨中使用的传感器。
具体实施方式
总体上，本发明涉及一种用于桨中或桨上的传感器，该传感器能够测量使用者的弯曲度、力量、运动以及然后的表现。桨中或桨上使用的传感器是霍尔效应传感器，该传感器利用霍尔效应来测量性能测量所需的不同参数。
本发明涉及一种新颖的技术，该技术测量扫桨和划桨的弯曲，并由此确定叶片的力。这是通过在定制的柔性外壳内利用新颖的线性霍尔效应传感器实现的，该传感器同时安装了霍尔效应传感器和固定磁体，从而允许桨***，从而随着霍尔效应传感器和磁铁改变彼此之间的相对位置而改变传感器上记录的磁场。
如上所述，本发明利用霍尔效应传感器。霍尔效应传感器是一种换能器，能够响应磁场而显示其输出电压。霍尔效应传感器以其最简单的形式通过已知磁场产生电压。通过测量电压的变化，可以推断出一个或多个磁体的相对位置，并且可以根据该测量结果进行各种计算。
图1示出了具有划船者102的划艇100，划船者102操纵桨104。桨包括柄106，该柄106在沿柄的长度的某个点处具有套筒108和套环110。套筒108和套环110可以保持在桨锁或闸门112中，该桨锁或闸门由销钉114固定在船的侧面或索架116上。桨还包括叶片118和手柄120。在本发明中，如下所述，传感器位于桨上不干扰其操作的位置。理想情况下，传感器位于手柄与套筒之间或套筒与叶片之间。用于定位桨传感器的优选位置在朝向桨外侧部分的枢轴点之外。
由于不同的划船者具有不同长度的臂并以不同的方式划船，因此能够将传感器定位在任何所需位置的灵活性具有许多优势，使传感器能够适应划船者和划艇。
本发明的每个实施例的共同特征是这样的事实：当桨上不存在弯曲时，传感器被设计成将一个或多个磁体与一个或多个霍尔效应传感器对准。当桨弯曲时，磁体和霍尔效应传感器的对准发生变化，从而在一个或多个传感器上产生电压，从而可以实现对将确定或计算的运动或弯曲的测量。
在本发明的一个实施例中，桨传感器位于桨外部。在这种情况下，传感器可以如图2或3所示。桨传感器200在每种情况下都包括具有一个或多个U形支撑件204的主体202，所述U形支撑件204适于将传感器固定并安装在桨的柄周围。主体202包括沿着柄的一部分延伸的下部206和平行于下部延伸并且由间隔部分210移位预定距离的上部208。
U形支撑件包括用于将桨传感器200保持在桨上的紧固件。紧固件可以采用任何形式，并且包括例如带子或粘合剂。在所示的示例中，存在两个紧固件，但是应当理解，可以有更多或更少的紧固件。
下部206包括磁体或霍尔效应传感器的组合212、214中的一个。上部208包括磁体或霍尔效应传感器212、214中的另一个。在每个组合中可以有一个或多个磁体和霍尔效应传感器。每个以相同或不同方式定位以测量相似或不同效果的桨传感器中可能有不止一个组合。
在图2的实施例中，磁体(在这种情况下为212)和霍尔效应传感器(在这种情况下为214)分别在下部的上表面和上部的下表面彼此相对放置。静止时，传感器和磁体的相对空间位置是已知的。例如，如果磁体和霍尔效应传感器是圆形的，则静止时每个的中心点将与另一个的中心点对齐。显然，霍尔效应传感器和磁体可以具有不同的形状和尺寸，并且只要它们的相对位置在静止时是已知的，就不需要具有相同的形状和尺寸。如图2所示，上部是细长的，并且比下部要短一些。
在使用中，例如当附接到桨上时，桨的运动导致上部和下部之间的间隙改变，作为由划船者引起的柄的运动的结果。在该实施例中，测量是在单柄上，并且所测量的运动是霍尔效应传感器与磁体之间的间隙的变化。结果是输出信号，该信号与划船者划动中的不同位置上桨柄的弯曲度成正比。对于外部传感器，将主体尽可能紧密地绑在桨上，例如胶合在适当的位置。当桨弯曲时，下部206将随柄204弯曲，并且两端保持胶合和固定。当下部206弯曲时，随着208继续保持与主体202成90度，将在传感器与磁体之间打开间隙。
在图3的实施例中，相似的技术特征具有与图2相同的附图标记。该实施例旨在测量两个轴上的力。在该实施例中，存在附加的可调节滑块300，其具有相对于下部206可滑动的下区302，以及垂直面对着上部208的端部的面对区304。在该实施例中，上部短于图2实施例中所示。可调节滑块可用于调整磁体和霍尔效应组合的灵敏度。磁体306和霍尔效应传感器308分别在可调节滑块的上部的端部和面对表面处彼此相对。将会理解，磁体和霍尔效应传感器可以相反设置。
在图3的实施例中，桨传感器200安装在桨的柄上，并且可通过磁体和霍尔效应传感器之间的对准变化而用于测量桨的运动。这导致与桨在两个轴上的弯曲成正比的输出。在此示例中，两端胶合到位并固定到桨上，以便任何弯曲都被206所容纳，从而导致磁体306与霍尔效应传感器308不对准。
图4涉及本发明的另一实施例，该实施例旨在内部地位于桨轴的芯内。桨传感器400是圆柱形的，并且包括两个圆形端部402、404。端部通过形成边缘的多个柔性螺旋构件406连接到圆柱体。一个端部部分402包括从端部部分延伸到点410并且与第二个端部部分404并列的突起408。霍尔效应传感器和磁体的组合安装在点410和第二个端部404的内部面对表面上。如前所述，它们可以相反设置。该传感器可以包括一个或一个塞子412(未在原位示出)，该塞子确保桨传感器400被紧密地装配到柄的芯中。塞子通过迫使两个端部更靠近在一起来调节桨传感器400的总直径，使得螺旋构件推出并因此与桨的内壁接合。桨的任何运动都会引起磁体和霍尔效应传感器之间的对准变化，从而导致输出与桨中两个轴的弯曲成正比。
桨状传感器200、400可以包括处理和存储设备，以实现随时间推移从磁体和霍尔效应传感器的组合接收的数据的收集和/或处理。另外，可以结合桨传感器的测量值，例如温度，进行其它传感器和测量值的采集，从而在数学上消除弯曲传感器附近局部温度摆动的影响。
可以分析每个传感器的输出以确定桨相对于其“静止位置”的弯曲和运动。根据桨的运动的已知参数，例如，每千克的弯曲量，可以随时计算施加在桨上的力。根据当时的这些测量值和其它数据，可以对划船者的表现进行准确而全面的评估。
可以理解的是，桨是细长的结构，例如杆，在使用时会受到应力和运动的影响。本发明提供了一种方法，其中可以测量这些运动，然后将其用于确定这种运动的原因和影响。因此，桨传感器也可以用于在运动环境中测量其它类似结构(例如游艇桅杆或撑竿跳高杆)的应变、应力和弯曲，但是类似地，任何承受应力、应变和弯曲的相对长的细长结构。
尽管已经结合一些实施例描述了本发明，但是本发明并不旨在限于这里阐述的特定形式。而是，本发明的范围仅由所附权利要求书所限制。另外，尽管看起来可能结合特定实施例描述了特征，但是本领域技术人员将认识到，可以根据本发明组合所描述的实施例的各种特征。在权利要求中，术语“包括”不排除其它元件或步骤的存在。
此外，权利要求中的特征的顺序并不暗示必须执行特征的任何特定顺序，并且特别地，方法权利要求中的各个步骤的顺序并不暗示必须按照该顺序执行步骤。而是，可以以任何合适的顺序执行步骤。另外，单数引用不排除多个。因此，对“一”、“一个”、“第一”、“第二”等的引用并不排除多个。在权利要求中，术语“包含”或“包括”不排除其它要素的存在。

Claims (17)

1.一种传感器，用于在受到一个或多个力的情况下测量杆的弯曲，该传感器包括至少一个磁体和霍尔效应传感器的组合，其中，该至少一个磁体和霍尔效应传感器当力没有作用在该杆上时彼此处于预定位置，并且当力作用在该杆上时可以相对运动，使得该传感器产生与该相对运动成正比的信号。
2.根据权利要求1所述的传感器，其中，所述至少一个磁体和霍尔效应传感器的组合被定位在所述传感器上，使得当力没有作用在该杆上时，所述至少一个磁体和霍尔效应传感器彼此对准。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的传感器，其中，所述传感器包括第一部分和第二部分，所述第一部分适于在施加力时与所述杆一起运动，所述第二部分不适于这样的运动，从而引起该相对运动。
4.根据权利要求3所述的传感器，其中，所述至少一个磁体和霍尔效应传感器的组合中的一个位于所述第一部分和第二部分中的一个部分上，并且另一个位于另一个部分上。
5.根据前述权利要求中的任一项所述的传感器，其中，所述传感器适于测量在多个轴之一中的弯曲。
6.根据前述权利要求中的任一项所述的传感器，其中，所述传感器位于所述杆的外表面上。
7.根据权利要求6所述的传感器，其中，所述传感器由第一部分和第二部分形成，所述第一部分适于定位在所述杆上并且当力作用在该杆上时与所述杆一起运动，所述第二部分不适于与该杆一起运动。
8.根据权利要求7所述的传感器，其中，所述传感器包括支撑所述第一部分和第二部分的主体，使得所述杆的运动引起所述第一部分与所述第二部分之间的相对运动。
9.根据权利要求7或8所述的传感器，还包括滑动构件，所述滑动构件支撑所述至少一个磁体和霍尔效应传感器的组合中的一个，能够相对于所述第二部分运动，从而调节所述至少一个磁体和霍尔效应传感器的组合的灵敏度。
10.根据权利要求1至5中任一项所述的传感器，其中，所述传感器位于所述杆的内部。
11.根据权利要求10所述的传感器，其中，所述传感器还包括圆柱形的第一部分和突出的第二部分，所述圆柱形的第一部分适于紧密地装配在所述杆内并在所述杆受到力作用时随所述杆一起运动；所述突出的第二部分不适于与所述杆一起运动，并且具有与所述圆柱形的第一部分的端面并列的点。
12.根据权利要求11所述的传感器，其中，所述圆柱形的第一部分包括通过两个端部连接的多个柔性螺旋元件，并且其中，突出部从一个端部朝向第二个端部的内表面延伸。
13.根据权利要求12所述的传感器，其中，所述至少一个磁体和霍尔效应传感器的组合位于内表面上和与所述内表面并列的所述突出部的端部上。
14.根据前述权利要求中任一项所述的传感器，还包括用于收集和存储该信号的存储器。
15.根据权利要求14所述的传感器，还包括用于分析该信号的处理器。
16.根据前述权利要求中任一项所述的传感器，其中，所述杆是桨。
17.一种桨，其具有根据权利要求1至15中任一项所述的用于测量其弯曲的传感器。
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