一種線纜計米器牽引力監測裝置的制造方法
【技術領域】
[0001] 本實用新型屬于線纜制造業技術領域，涉及到一種線纜計米器，具體涉及到一種 線纜計米器牽引力監測裝置。
【背景技術】
[0002] 計米器是線纜制造必備的設備之一，隨著設備和產品的不斷改進和提高，計米裝 置的合理、精準也越來越為制造商和研究單位所關注和重視。有關計米器減小計米誤差方 面的工作是線纜行業制造商十分關注的一項工作，尤其是對價值（附加值）高的產品，如 截面積大的電力電纜、控纜、礦用電纜、交聯電纜和通信電纜等更是如此。線纜在不同的張 力狀態下（即在繃緊和松弛狀態下）計米測量值是不同的，故在這種情況下測量會產生一 定的誤差（偏差）。因此，在生產過程中需要線纜自身盡可能保持一定的張力。計米器的 張緊輪、機械壓輪的張力和色帶計米器導輪在生產制造中是否打滑，也是影響計米精度的 一個重要因素。在實際的生產使用過程中，線纜牽引機的卷取速度，直接影響到計米輪或者 計米履帶與線纜的摩擦力大小，在線纜計米的過程中，牽引機帶動線纜向前運動，兩個計米 輪緊壓著線纜，通過計米輪與線纜之間的靜摩擦力帶動計米輪轉動，實現計米功能。
[0003] 如果計米輪與線纜的壓力過小，會導致提供的最大靜摩擦力不能平衡牽引機的牽 引力，計米輪與線纜之間由原來的靜摩擦變成滑動摩擦，導致計米誤差。如果壓力過大，則 牽引機必須提供足夠大的牽引力才能帶動線纜運動，增加牽引機的能源損耗。因此，必須對 計米器與線纜之間的正壓和靜摩擦力進行監測，確保牽引力也即靜摩擦力不超過計米輪與 線纜之間的最大靜摩擦力，防止線纜與計米輪之間出現滑動摩擦，造成計米誤差。
【發明內容】
[0004] 為了克服以上現有技術的不足，本實用新型提供一種線纜計米器牽引力監測裝 置，通過在計米輪上設置二維力傳感器，監測計米輪與線纜之間的正壓和切向的牽引力，防 止線纜與計米輪之間出現滑動摩擦，造成計米誤差。
[0005] 本實用新型的技術方案是：一種線纜計米器牽引力監測裝置，包括計米輪和線纜 牽引機，還包括二維力傳感器和傳感系統信號處理器，二維力傳感器設置在計米輪的曲面 采集線纜與計米輪之間的正壓力和靜摩擦力并發送給傳感系統信號處理器，傳感系統信號 處理器將正壓力和靜摩擦力反饋給線纜牽引機，二維力傳感器包括圓環電容單元組合條狀 電容單元組，所述條狀電容單元組設置在基板圓環電容單元組外的四角或者圓心，所述圓 環電容單元組包括至少一組圓環電容單元對，圓環電容單元對包括兩個相互圓環電容單 元，所述條狀電容單元組是由兩個以上的條狀電容單元組成的梳齒狀結構，每個圓環電容 單元和條狀電容單元均包括上極板的驅動電極和下極板的感應電極。
[0006] 線纜計米器牽引力監測裝置的圓環電容單元的感應電極和驅動電極正對且形狀 相同，條狀電容單元的驅動電極和感應電極寬度相同，驅動電極長度兩端分別預留左差 位S左和右差位5右，b0驅=b0感+5右+5左，其中b0驅為條狀電容單元的驅動電極長度， b〇感為感應電極長度。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
容單元圓環的寬度，a50相鄰兩圓環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。所述圓環電容單元組和條狀電容單元組的驅動電極通過一個引出線與傳感系統信 號處理器連接，所述圓環電容單元組的每個圓環的感應電極單獨引線與傳感系統信號處理 器連接，條狀電容單元組的感應電極設一根引線。所述圓環電容單元、電容單元模塊與傳感 系統信號處理器之間分別設有中間變換器，中間變換器用于設置電壓對電容或頻率對電容 的傳輸系數。
[0007] 本實用新型的有益效果是：本實用新型在電容測量二維力的基礎上，有效使用平 板的使用面積，整個圓環電容單元都對法向作用具有貢獻，并且通過差動等方法有效解決 二維力耦合，從而使法向與切向轉換都達到較高的線性、精度與靈敏度。另外，對計米輪與 線纜之間的正壓和靜摩擦力實時監測，避免正壓過小提供的最大靜摩擦力不足，也避免牽 引力過大導致滑動摩擦，造成計米誤差。
【附圖說明】
[0008] 圖1是本實用新型的【具體實施方式】的同心圓環偏移錯位面積分析圖。
[0009] 圖2是本實用新型的【具體實施方式】的同心圓環錯位對外徑圓分析圖。
[0010] 圖3是本實用新型的【具體實施方式】的平行板電容的平面設計圖。
[0011] 圖4是本實用新型的【具體實施方式】的條形電容單元組平面設計圖。
[0012] 圖5是本實用新型的【具體實施方式】的兩組圓環電容組結構圖。
[0013]圖6是本實用新型的【具體實施方式】的單元電容對的信號差動示意圖。
[0014] 圖7是本實用新型的【具體實施方式】的平行板電容器剖面結構。
【具體實施方式】
[0015] 下面對照附圖，通過對實施例的描述，本實用新型的【具體實施方式】如所涉及的各 構件的形狀、構造、各部分之間的相互位置及連接關系、各部分的作用及工作原理、制造工 藝及操作使用方法等，作進一步詳細的說明，以幫助本領域技術人員對本實用新型的發明 構思、技術方案有更完整、準確和深入的理解。
[0016] 本實用新型的主要思路是：線纜在計米的過程中，由牽引機牽引，線纜從兩個計米 輪或者履帶中間穿過，計米輪給線纜施加壓力，線纜與計米輪之間的靜摩擦力帶動計米輪 轉動，實現長度計量。如果計米輪和線纜之間的壓力過小，則最大靜摩擦力較小，線纜與計 米輪之間容易出現滑動摩擦，造成計米誤差，如果壓力過大，會增大線纜與計米輪之間的靜 摩擦力，計米輪給線纜的靜摩擦力方向與牽引力方向相反，影響牽引機的工作效率，也會使 整個生產線的效率降低。因此，本實用新型在計米輪與線纜接觸的曲面上設置二維力傳感 器，監測計米輪與線纜的正壓和切向靜摩擦力，合理設置計米輪與線纜的正壓大小，以及線 纜牽引機的牽引速度。在二維力傳感器的外表面設置一層柔性薄膜，起到保護傳感器的作 用，二維力傳感器連接傳感系統信號處理器，傳感系統信號處理器對數據進行分析處理，給 出計米輪與線纜之間的切向力和法向力，本實用新型的二維力傳感器為圓環型的電容式壓 力傳感器。線纜牽引機根據傳感系統信號處理器反饋的靜摩擦力和正壓力數值，調節牽引 力。
[0017] 圓環型的電容式壓力傳感器包括圓環電容單元組和條狀電容單元組，圓環電容單 元組用于測切向力和法向力的大小，條狀電容單元組用于測量切向力的方向，條狀電容單 元組設置在圓環的圓心位置，圓環電容單元組包括兩組以上圓環電容單元對，圓環電容單 元對包括兩個相互圓環電容單元，條狀電容單元組是由兩個以上的條狀電容組成的梳齒狀 結構，每個環形電容單元或條狀電容單元均包括上極板的驅動電極和下極板的感應電極。 每個圓環電容單元的感應電極和驅動電極正對且形狀相同，每個條狀電容單元的驅動電極 和感應電極寬度相同，條狀電容的驅動電極的長度大于感應電極長度，條狀電容的驅動電 極長度兩端分別預留左差位S左和右差位S右，b0驅=b0感+5右+ 5左，其中b0驅為條狀電容 單元的驅動電極長度，Wig為條狀電容單元的感應電極長度。條狀電容的差位Ss= 5$，
實用新型中條狀電容的驅動電極和感應電極沿寬度方向存在一個初始偏移。
性介質的抗剪模量。圓環電容單元組和條狀電容單元組的驅動電極通過一個引出線與傳感 系統信號處理器連接，圓環電容單元組的每個圓環單獨引線與傳感系統信號處理器連接， 條狀電容單元的每個感應電極可以通過一根引線與傳感系統信號處理器連接。傳感系統信 號處理器和電容單元之間設有中間變換器，變換器用于設置電壓對電容或頻率對電容的傳 輸系數。
[0019] 下面結合附圖1-7對本實用新型的推導和原理，對各部分形狀、構造、各部分之間 的相互位置及連接關系、各部分的作用及工作原理、操作使用方法等，作進一步詳細的說 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，￡。真空介質電常數為8.85PF/m，er= 2. 5為電介質的相對介電常數。d。 受〇n的激勵產生相對變形en=Sn/d。= 〇n/E，代入⑴式得到輸入輸出特性
[0025] 1. 2法向應力作用下的線性度和靈敏度
[0026] I. 2. 1法向線性度
[0027] (2)式中^在分母中，故Cn=f(Fn)的關系是非線性的。因轉換量程中的最大值 〇n_與介質彈性常數E相比，en是個很小的量，即分母中en〈〈l，將（2)式按級數展開并 略去二次方以上的高階無窮小，可簡化為：
[0034] 按（3)式可得線性靈敏度，
[0035] Snl=C0/AE=e0er/d0E(5)
[0036] Sn2?Fn而變，Fn愈大，Sn2愈大，在整個轉換特性上呈輕微非線性。
[0037] 1. 3切向位移和圓環電容器有效面積之間的關系
[0038] 針對同心圓環電容對進行分析，如圖1所示，R1為外圓半徑，R2為內圓半徑，r=圓 環寬度=大外圓半徑R1-內圓半徑R2。給驅動電極一個切面上的力Fx，導致上下對應的驅 動電極和感應電極產生一個剪切錯位，設dx為切面位移，錯位面積為S和S#，電極板的初 始正對面積應為(?2-?2)。圖2為外同心圓環電容對外徑圓分析圖，移動前后兩圓心距 離為dx，移動前后兩圓心和兩圓的交點形成一個菱形，可以計算S#的面積：dx
[0044] 同理，可以知道，S內=2R2dx，所以同心圓環電容的錯誤面積為S= 2RA+2RA。
[0045] 1.4切向應力T激勵下的圓環電容器的電容變化
[0046] 切向應力T并不改變極板的幾何尺寸參數A。，對介質厚度d。也不產生影響。然 而TJPTy改變了平行板電容器的空間結構，正向面對的上下極板之間發生了錯位偏移。 極板在T作用下的錯位偏移dx。
[0047] 當T為零時，上下極板是正對的，極板之間有效截面At = 71_珩在圖2中， 在Tx右向的作用下，上極板相對于下極板產生了向右的錯位偏移dx，從而使上下極板之間 在計算電容時的有效面積