JPS5988632A - ひずみゲ−ジ式荷重変換器 - Google Patents
ひずみゲ−ジ式荷重変換器Info
- Publication number
- JPS5988632A JPS5988632A JP19937882A JP19937882A JPS5988632A JP S5988632 A JPS5988632 A JP S5988632A JP 19937882 A JP19937882 A JP 19937882A JP 19937882 A JP19937882 A JP 19937882A JP S5988632 A JPS5988632 A JP S5988632A
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- JP
- Japan
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- strain
- load
- strain gauge
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- columnar
- Prior art date
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- Pending
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-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
- G01L1/00—Measuring force or stress, in general
- G01L1/20—Measuring force or stress, in general by measuring variations in ohmic resistance of solid materials or of electrically-conductive fluids; by making use of electrokinetic cells, i.e. liquid-containing cells wherein an electrical potential is produced or varied upon the application of stress
- G01L1/22—Measuring force or stress, in general by measuring variations in ohmic resistance of solid materials or of electrically-conductive fluids; by making use of electrokinetic cells, i.e. liquid-containing cells wherein an electrical potential is produced or varied upon the application of stress using resistance strain gauges
- G01L1/2206—Special supports with preselected places to mount the resistance strain gauges; Mounting of supports
- G01L1/2231—Special supports with preselected places to mount the resistance strain gauges; Mounting of supports the supports being disc- or ring-shaped, adapted for measuring a force along a single direction
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- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Measurement Of Force In General (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
状起歪体にひずみゲージを添着し、そのひずみゲ一・ジ
によって印加荷重に応じた電気信号を得るひずみゲージ
式荷重変換器に関するものである。
によって印加荷重に応じた電気信号を得るひずみゲージ
式荷重変換器に関するものである。
従来のこの種のひずみゲージ式変換器は、第1図(A)
および第2図(蜀に示すような角柱または円柱等の柱状
起歪体の側周面上に荷重印加方向に沿う方向とこれに直
交する方向に向けて、ひずみゲージを添着し、このひず
みゲージによりホイートストンブリッジ回路を構成して
、このホイートス1へンブリッジ回路より印加荷重に応
じた電気信号(出力)を得るように構成されていた。こ
の従来の荷重変換器について、第1図(A) 、 (I
3)および第2図(A) 、 (B)を参照して更に詳
細に説明する。第1図(A)は、円柱起歪体の正面図で
ある。
および第2図(蜀に示すような角柱または円柱等の柱状
起歪体の側周面上に荷重印加方向に沿う方向とこれに直
交する方向に向けて、ひずみゲージを添着し、このひず
みゲージによりホイートストンブリッジ回路を構成して
、このホイートス1へンブリッジ回路より印加荷重に応
じた電気信号(出力)を得るように構成されていた。こ
の従来の荷重変換器について、第1図(A) 、 (I
3)および第2図(A) 、 (B)を参照して更に詳
細に説明する。第1図(A)は、円柱起歪体の正面図で
ある。
同図(A)において、円柱起歪体1の上面2に印加され
た荷重W(単位面積当りの荷重Wの総和)は、円柱起歪
体1の側周面3上に中心軸4と平行なひずみゲージ(圧
縮ひずみ検出用)5およびこれと直交するひずみゲージ
(引張ひすみ検出用)6により該荷重に比例した電気信
号として検出される。
た荷重W(単位面積当りの荷重Wの総和)は、円柱起歪
体1の側周面3上に中心軸4と平行なひずみゲージ(圧
縮ひずみ検出用)5およびこれと直交するひずみゲージ
(引張ひすみ検出用)6により該荷重に比例した電気信
号として検出される。
尚ひずみゲージ5および6は、同図(A)において正面
側と背面側、つまり180°角間隔をずらせて添着され
、これらのひずみゲージ5,6により周知のポイー1−
ス1〜ンブリッジが構成される。ここで、■4は円柱起
歪体1の起歪部7の高さ、Dはその直径を示す。
側と背面側、つまり180°角間隔をずらせて添着され
、これらのひずみゲージ5,6により周知のポイー1−
ス1〜ンブリッジが構成される。ここで、■4は円柱起
歪体1の起歪部7の高さ、Dはその直径を示す。
第1図(B)は、第1図(Nのa −a断面およびb−
す断面における応力分布図を示す。第2図(A)は、第
1図(A)に示した円柱起歪体」の高さHに比べ、その
高さH’が非常に低い円柱起歪体1′の正面図であり、
同図FB)は同図FA)の円柱起歪体1′の中間部C−
C断面における応力分布図を示す。
す断面における応力分布図を示す。第2図(A)は、第
1図(A)に示した円柱起歪体」の高さHに比べ、その
高さH’が非常に低い円柱起歪体1′の正面図であり、
同図FB)は同図FA)の円柱起歪体1′の中間部C−
C断面における応力分布図を示す。
第1図(S)において、円柱起歪体1の端部に近いa
−’ a断面における応力分布は、前記円柱起歪体1内
の中心部と、周縁部とでは大きく異なっているが、円柱
起歪体1の端部から離れた中間部近傍のb−b断面にお
ける応力分布は、はぼ均等分布になっていることがわか
る。
−’ a断面における応力分布は、前記円柱起歪体1内
の中心部と、周縁部とでは大きく異なっているが、円柱
起歪体1の端部から離れた中間部近傍のb−b断面にお
ける応力分布は、はぼ均等分布になっていることがわか
る。
第2図体)に示すように円柱起歪体1′の高さH’を第
1図(A)に示すものより短くすると、同図(■3)の
C−c断面における応力分布図に見られるように、円柱
起歪体1′d中間部における応力分布は一様ではなく、
複雑な分布状態を呈する。このように円柱起歪体がある
程度短い場合、および円柱起歪体が長い場合であっても
、ひずみゲージの添着位置が、円柱起歪体の端面よりあ
まり離れていない場合には、そのひずみゲージによって
は、印加荷重Wに正確に対応した電気信号を得ることが
できない。このため、円柱起歪体側周面上にひずみゲー
ジを添着する従来の荷重変換器においては、円柱起歪体
の高さをある程度長くとる必要があった。
1図(A)に示すものより短くすると、同図(■3)の
C−c断面における応力分布図に見られるように、円柱
起歪体1′d中間部における応力分布は一様ではなく、
複雑な分布状態を呈する。このように円柱起歪体がある
程度短い場合、および円柱起歪体が長い場合であっても
、ひずみゲージの添着位置が、円柱起歪体の端面よりあ
まり離れていない場合には、そのひずみゲージによって
は、印加荷重Wに正確に対応した電気信号を得ることが
できない。このため、円柱起歪体側周面上にひずみゲー
ジを添着する従来の荷重変換器においては、円柱起歪体
の高さをある程度長くとる必要があった。
しかしながら、円柱起歪体をあまり長くすると、印加さ
れる荷重によって、該起歪体に座屈現象が発生し、傾斜
荷重に対して影響を受は易くなり、荷重検出精度が低下
するという問題があった。また、荷重変換器を力の伝達
系中に介挿するような場合、円柱起歪体の長さを大きく
することができず、仮に太きくすれば、被測定対象物が
大型化するという問題があった。従って円柱起歪体の高
さriと直径りとは、例えば起歪体の材質、熱処理方法
、形状等によっても異なるが、所定の比率(x4/ I
)−i、、s〜25 程度)に設定している。
れる荷重によって、該起歪体に座屈現象が発生し、傾斜
荷重に対して影響を受は易くなり、荷重検出精度が低下
するという問題があった。また、荷重変換器を力の伝達
系中に介挿するような場合、円柱起歪体の長さを大きく
することができず、仮に太きくすれば、被測定対象物が
大型化するという問題があった。従って円柱起歪体の高
さriと直径りとは、例えば起歪体の材質、熱処理方法
、形状等によっても異なるが、所定の比率(x4/ I
)−i、、s〜25 程度)に設定している。
このように、上述した従来の荷重変換器においては、荷
重検出精度を上げるためには、柱状起歪体の高さを座屈
を生じない範囲である程度以上高くせざるを得す、その
ため、荷重変換器自体が大型化、高重量化してしまうば
かりでなく、その荷重変換器を用いて荷重測定゛を行な
う必要のある被測定対象物(例えば、鍛造機械、プレス
機械等)に適用できる範囲が制限されるという難点があ
った。
重検出精度を上げるためには、柱状起歪体の高さを座屈
を生じない範囲である程度以上高くせざるを得す、その
ため、荷重変換器自体が大型化、高重量化してしまうば
かりでなく、その荷重変換器を用いて荷重測定゛を行な
う必要のある被測定対象物(例えば、鍛造機械、プレス
機械等)に適用できる範囲が制限されるという難点があ
った。
本発明は、上述した従来のひずみゲージ式荷重変換器の
欠点を解消すべくなされたもので、その目的とするとこ
ろは、小型、軽量で、座屈を生じる虞れがなく、高容量
に対応でき、測定精度の極めて高いひずみゲージ式荷重
変換器を提供することにある。
欠点を解消すべくなされたもので、その目的とするとこ
ろは、小型、軽量で、座屈を生じる虞れがなく、高容量
に対応でき、測定精度の極めて高いひずみゲージ式荷重
変換器を提供することにある。
以下、本発明の実施例を図面をもとに説明する。
第3図(蜀は、本発明に係る円柱起歪体の起歪部の斜視
図、同図(■3)は、同図(A)のd−d線矢視方向。
図、同図(■3)は、同図(A)のd−d線矢視方向。
断面図である。同図において、円柱起歪体の起歪体の起
歪部8は、その側周面より、円柱起歪体の荷重印加面(
図示せず)に垂直な中心軸9に向けて深さの異なる複数
個の穴01〜C8を穿設し、それぞれの穴01〜C8の
前記中心軸9に沿った底壁面10に、圧縮ひずみ検出用
ひずみゲージA1〜A8および引張りひずみ検出用ひず
みゲージDI〜D8をそれぞれ前記中心軸9に沿う方向
およびこれに直交する方向に向けて、例えば接着等の手
段にて添着する。この実施例の場合、深い穴C1,,0
3,05,07と浅い穴02 、04 。
歪部8は、その側周面より、円柱起歪体の荷重印加面(
図示せず)に垂直な中心軸9に向けて深さの異なる複数
個の穴01〜C8を穿設し、それぞれの穴01〜C8の
前記中心軸9に沿った底壁面10に、圧縮ひずみ検出用
ひずみゲージA1〜A8および引張りひずみ検出用ひず
みゲージDI〜D8をそれぞれ前記中心軸9に沿う方向
およびこれに直交する方向に向けて、例えば接着等の手
段にて添着する。この実施例の場合、深い穴C1,,0
3,05,07と浅い穴02 、04 。
06.08とを交互に穿設しである。
第4図(Δ)は、第3図に示したひずみゲージによリポ
イー1−ストンブリッジを構成した回路図である。同図
において、中心軸9を中心として、対称位置に添着され
た圧縮ひずみ検出用ひずみゲージA1とA5 、A2と
A6をそれぞれ直列接続し、これらの直列回路を並列接
続してブリッジの一辺とし、同様に中心軸9を中心とし
て対称位置に添着された圧縮ひずみ検出用のひずみゲー
ジA3とA7.A、4.A8をそれぞれ直列接続し、こ
れらの直列回路を並列接続してブリッジの前記−辺(A
I、A5.A−2,A6より構成された)の対辺に相当
するブリッジの一辺とし、また引張ひすみ検出用ひずみ
ゲージDI 、D2.D5.D6のグループとD3.D
4.D7,1)8のグループを同様にブリッジの残る2
辺(対辺)としてそれぞれ回路接続し、全体として二重
のホビー1−ス1−ンブリツジを構成したものである。
イー1−ストンブリッジを構成した回路図である。同図
において、中心軸9を中心として、対称位置に添着され
た圧縮ひずみ検出用ひずみゲージA1とA5 、A2と
A6をそれぞれ直列接続し、これらの直列回路を並列接
続してブリッジの一辺とし、同様に中心軸9を中心とし
て対称位置に添着された圧縮ひずみ検出用のひずみゲー
ジA3とA7.A、4.A8をそれぞれ直列接続し、こ
れらの直列回路を並列接続してブリッジの前記−辺(A
I、A5.A−2,A6より構成された)の対辺に相当
するブリッジの一辺とし、また引張ひすみ検出用ひずみ
ゲージDI 、D2.D5.D6のグループとD3.D
4.D7,1)8のグループを同様にブリッジの残る2
辺(対辺)としてそれぞれ回路接続し、全体として二重
のホビー1−ス1−ンブリツジを構成したものである。
ここで、ei ばブリッジ電源電圧、eo は出力電
圧を示す。
圧を示す。
このように構成された上記実施例において、円柱起歪体
に中心軸9方向に沿って、圧縮荷重が印加されると、起
歪部8は中心軸9に沿う方向には、圧縮ひずみを生じ、
圧縮ひずみ検出用ひずみゲへジA1−八8の抵抗値は減
少し、起歪部8の中心軸9に直交する方向には引張ひず
みを生じ、引張ひすみ検出用ひずみゲージD1〜D8の
抵抗値は増加する。而して、これらのひずみゲージは、
第4図(Nに示した如く、二重のホイートストンブリッ
ジ回路に構成されているため、起歪体8内の中心部と周
縁部の8箇所のひずみを平均して検出すとも、全体とし
ては、印加荷重に比例したひずみ出力を検出することが
できる。すなわち、第2図([))に示したように、中
心軸からの距離によってひずみが異なっている場合であ
っても、第1図FA)のb−b断面のような応力分布が
等しい箇所におい℃、印加荷重を検出するのと実質的に
等しい結果を得ることができる。このことは、本実施例
の如く構成することにより円柱起歪体の起歪部8の高さ
を低くすることができることを意味し、従って、荷重変
換器自体の小型、軽量化が実現できる。また、荷重変換
器を鍛造機械、プレス機械等に組込んで、金型に負荷さ
れる荷重を測定する場合においては、作動ストロークが
制限されているので、荷重変換器の装着スペースがあま
りとれないことが多いが、本発明によれば荷重変換器を
薄型のものとすることができ、適用範囲を大幅に拡張す
ることができる。更にまた柱状起歪体の起歪部8の高さ
を低くできるから、座屈を生ずる虞れは全くない。
に中心軸9方向に沿って、圧縮荷重が印加されると、起
歪部8は中心軸9に沿う方向には、圧縮ひずみを生じ、
圧縮ひずみ検出用ひずみゲへジA1−八8の抵抗値は減
少し、起歪部8の中心軸9に直交する方向には引張ひず
みを生じ、引張ひすみ検出用ひずみゲージD1〜D8の
抵抗値は増加する。而して、これらのひずみゲージは、
第4図(Nに示した如く、二重のホイートストンブリッ
ジ回路に構成されているため、起歪体8内の中心部と周
縁部の8箇所のひずみを平均して検出すとも、全体とし
ては、印加荷重に比例したひずみ出力を検出することが
できる。すなわち、第2図([))に示したように、中
心軸からの距離によってひずみが異なっている場合であ
っても、第1図FA)のb−b断面のような応力分布が
等しい箇所におい℃、印加荷重を検出するのと実質的に
等しい結果を得ることができる。このことは、本実施例
の如く構成することにより円柱起歪体の起歪部8の高さ
を低くすることができることを意味し、従って、荷重変
換器自体の小型、軽量化が実現できる。また、荷重変換
器を鍛造機械、プレス機械等に組込んで、金型に負荷さ
れる荷重を測定する場合においては、作動ストロークが
制限されているので、荷重変換器の装着スペースがあま
りとれないことが多いが、本発明によれば荷重変換器を
薄型のものとすることができ、適用範囲を大幅に拡張す
ることができる。更にまた柱状起歪体の起歪部8の高さ
を低くできるから、座屈を生ずる虞れは全くない。
第4図(B)は、ひずみゲージの他の結線例を示づ回路
図である。この実施例の場合、第3図CB)に力した8
個のそれぞれの穴01〜C8に各4枚の乙ずみゲージ(
圧縮ひずみ検出用:2枚、引張ひづみ検出用:2枚)を
添着し、各穴毎にそれぞれ汀イードストンブリッジB1
〜B8を構成し、こオ′ら8個のポイートス1〜ンプリ
ツジB1〜B8を1列に接続することにより、1個のホ
イートスl−)ブリッジを構成する場合よりも検出精度
を高めブ2ものである。すなわち、1個のポイー)−ス
)−ンフリッジを用いたときよりも8個のホイー)−ス
トニブリッジを用いたときの方が二乗誤差を考慮すイと
、理論上ゲ倍精度を向上せしめることができイ尚、本発
明は、」二連し且つ実施例に示したもCに何ら限定され
るものではなく、本発明の要旨不逸脱しない範囲で種々
変形実施が可能である。
図である。この実施例の場合、第3図CB)に力した8
個のそれぞれの穴01〜C8に各4枚の乙ずみゲージ(
圧縮ひずみ検出用:2枚、引張ひづみ検出用:2枚)を
添着し、各穴毎にそれぞれ汀イードストンブリッジB1
〜B8を構成し、こオ′ら8個のポイートス1〜ンプリ
ツジB1〜B8を1列に接続することにより、1個のホ
イートスl−)ブリッジを構成する場合よりも検出精度
を高めブ2ものである。すなわち、1個のポイー)−ス
)−ンフリッジを用いたときよりも8個のホイー)−ス
トニブリッジを用いたときの方が二乗誤差を考慮すイと
、理論上ゲ倍精度を向上せしめることができイ尚、本発
明は、」二連し且つ実施例に示したもCに何ら限定され
るものではなく、本発明の要旨不逸脱しない範囲で種々
変形実施が可能である。
例えば、上記実施例においては、起歪部8に、中心軸9
に対して対称であるようにひずみゲージ添着用の穴01
〜08を穿設した例を示したが、必らずしも前記穴は対
称的でなくともよいし、袷数個の穴の深さが全部具なっ
ていてもよい。
に対して対称であるようにひずみゲージ添着用の穴01
〜08を穿設した例を示したが、必らずしも前記穴は対
称的でなくともよいし、袷数個の穴の深さが全部具なっ
ていてもよい。
また、起歪体8の形状は、円柱に限らず、円筒、ト
角柱、角筒等の形状であってもよい。
角柱、角筒等の形状であってもよい。
以上詳述したように、本発明によれば、高い荷重検出精
度を維持しながら、起歪体の高さを低くし するこ
とができるので、座屈の虞れが皆無となり、≧ 小
型、軽1;で高容量のものが得られ、適用範囲の極めて
広いひずみゲージ式荷重変換器を提供することができる
。
度を維持しながら、起歪体の高さを低くし するこ
とができるので、座屈の虞れが皆無となり、≧ 小
型、軽1;で高容量のものが得られ、適用範囲の極めて
広いひずみゲージ式荷重変換器を提供することができる
。
第1図(A)および(I3)は、従来のひずみゲージ式
荷重変換器の円柱起歪体の正面図および同図(A)のa
−a断面とb−bVfT面における応力分布図、第2、
図(A)は、第1図囚に示すものより高さの低い
円柱起歪体の正面図、第2図(B)は、同図(A)の円
柱起歪体中間部c−c断面における応力分布図、第3図
(A)および(Blは、本発明の一実施例の構成を示す
起歪部の斜視図および同図(A)のd−d線矢視方向断
面図、第4図(A)および(r+lは、本発明に係るひ
ずみゲージの2つの結線例を示すそれぞれ回路図である
。 8 ・・・起歪部、 9・・・・・円柱起歪体の中心
軸、】0・ ・穴の底面、 01〜C8・・・穴、Δ」
〜へ8 ・圧縮ひずみ検出用ひずみゲージ、D 1〜D
8 ・・引張ひずみ検出用O・ずみゲージ、81〜
B8 ・・ブリッジ回路、 el・ ブリッジ電源電圧、 eo ・・・・・ブリッジ出力電圧。 第 1 図 (A) \4 第 2 図 第 3 (A) 第 4 (A)
荷重変換器の円柱起歪体の正面図および同図(A)のa
−a断面とb−bVfT面における応力分布図、第2、
図(A)は、第1図囚に示すものより高さの低い
円柱起歪体の正面図、第2図(B)は、同図(A)の円
柱起歪体中間部c−c断面における応力分布図、第3図
(A)および(Blは、本発明の一実施例の構成を示す
起歪部の斜視図および同図(A)のd−d線矢視方向断
面図、第4図(A)および(r+lは、本発明に係るひ
ずみゲージの2つの結線例を示すそれぞれ回路図である
。 8 ・・・起歪部、 9・・・・・円柱起歪体の中心
軸、】0・ ・穴の底面、 01〜C8・・・穴、Δ」
〜へ8 ・圧縮ひずみ検出用ひずみゲージ、D 1〜D
8 ・・引張ひずみ検出用O・ずみゲージ、81〜
B8 ・・ブリッジ回路、 el・ ブリッジ電源電圧、 eo ・・・・・ブリッジ出力電圧。 第 1 図 (A) \4 第 2 図 第 3 (A) 第 4 (A)
Claims (1)
- Fil 荷重が印加されると弾性変形する柱状起歪体
にひずみゲージを添着し、そのひずみゲージによって印
加荷重に応じた電気信号を得るひずみゲージ式荷重変換
器において、前記柱状起歪体の側周面より前記柱状起歪
体の荷重印加面に垂直な中心軸に向けて複数個の深さの
異なる穴を穿設し、前記各穴の前記中心軸に沿った底壁
面に、ひずみゲージを前記中心軸に沿う方向とこれと直
交する方向に向けて添着し、前記ひずみゲージによりホ
イートストンブリッジを構成し、前記ホイートストンブ
リッジ回路より、前記印加荷重に応じた電気信号を得る
ようにしたことを特徴とするひずみゲージ式荷重変換器
。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19937882A JPS5988632A (ja) | 1982-11-13 | 1982-11-13 | ひずみゲ−ジ式荷重変換器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19937882A JPS5988632A (ja) | 1982-11-13 | 1982-11-13 | ひずみゲ−ジ式荷重変換器 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5988632A true JPS5988632A (ja) | 1984-05-22 |
Family
ID=16406760
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP19937882A Pending JPS5988632A (ja) | 1982-11-13 | 1982-11-13 | ひずみゲ−ジ式荷重変換器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5988632A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102338485A (zh) * | 2011-06-10 | 2012-02-01 | 常州大学 | 槽式太阳能热发电聚光器驱动单元安全保护方法及装置 |
| CN114370960A (zh) * | 2021-12-29 | 2022-04-19 | 浙江清华柔性电子技术研究院 | 拉杆载荷测量方法、装置、系统及存储介质 |
-
1982
- 1982-11-13 JP JP19937882A patent/JPS5988632A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102338485A (zh) * | 2011-06-10 | 2012-02-01 | 常州大学 | 槽式太阳能热发电聚光器驱动单元安全保护方法及装置 |
| CN114370960A (zh) * | 2021-12-29 | 2022-04-19 | 浙江清华柔性电子技术研究院 | 拉杆载荷测量方法、装置、系统及存储介质 |
| CN114370960B (zh) * | 2021-12-29 | 2024-01-26 | 浙江清华柔性电子技术研究院 | 拉杆载荷测量方法、装置、系统及存储介质 |
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