一种用于检测电子笔受力的测力装置的制作方法

本实用新型属于电子设备领域，具体涉及一种用于检测电子笔受力的测力装置。

背景技术：

电子笔是一种仿形的笔，一般用来代替手指对手机、平板电脑等产品的屏幕进行操作，是一种辅助书写工具。

电子笔在书写平面书写时，受到的力通常为垂直于书写平面的正压力()与沿着书写平面移动的力()的合力（）。沿着书写平面移动的力()的大小受到笔尖的接触面积、笔的倾斜角度、笔的移动方向和速度、书写平面的粗糙度等因素影响，且各因素之间没有相关性，沿着书写平面移动的力()在书写过程中，是随机变化的。由于是随机变化的，因此也是随机变化的，在做力的分解后，通过测试某一分量的力无法准确推导出的大小。

为了便于计算，根据理论力学相关知识，电子笔所受的合力（）可分解为沿着笔芯方向的力（）和垂直于笔芯方向的力（），合力（）的大小为；沿着笔芯方向的力的大小（）与合力（）的关系为，为垂直于笔芯方向的力（）与合力（）的夹角。

目前，电子笔受力检测装置可基本分为两种类型：

（1）压力感应器件方案，如中国专利CN 107229356 A，通过设置在沿着笔芯方向的压力传感器来感知书写力的大小。实际上，该专利检测出来的力是沿着笔芯方向的力（），而不是合力。

（2）磁感方案，如中国专利CN 106354285 A“通过向所述原子笔芯施加不同的书写力度，带动笔芯夹具对弹性部件产生不同的挤压力，使得笔芯夹具以及活动铁粉芯在笔芯内舱内产生位移，进而在活动铁粉芯与固定铁粉芯之间形成不同的间隔距离，从而改变线圈绕组的电感值，使得所述线圈绕组与电容产生不同谐振频率，通过不同谐振频率在电子手写板上产生粗细不同的电子笔迹”，该专利检测出来的力也是沿着笔芯方向的力（），而不是合力。

因此，现有的电子笔受力检测装置的两个类型（压力感应器件方案，磁感方案），只能检测沿着笔芯方向的力（），由于已知通过测试某一分量的力无法准确推导出的大小，因此现有两种方案无法准确推导检测出所受力合力的值。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于，提供一种用于检测电子笔受力的测力装置，可检测沿着笔芯方向的力和垂直于笔芯方向的力，从而准确推导检测出所受力的合力。

为了解决上述技术问题，本实用新型提供了这样一种用于检测电子笔受力的测力装置，包括有笔头、用于容纳笔头的笔斗、弹簧Ⅰ、弹簧固定件、悬挂支撑件、衔接导管、导管固定件、弹簧Ⅱ、Z轴传感器组件、卡座、笔管和笔顶；

所述笔管的一端与弹簧固定件连接，另一端与笔顶连接；笔管内装有所述弹簧Ⅰ、悬挂支撑件、衔接导管、导管固定件、弹簧Ⅱ、Z轴传感器组件、卡座；所述卡座安装在所述笔管内壁上端部处；所述Z轴传感器组件设置在卡座上；

所述悬挂支撑件的一端与所述弹簧Ⅰ连接，另一端与所述导管固定件连接；所述弹簧Ⅰ安装在弹簧固定件上；所述导管固定件上装有弹簧Ⅱ；所述弹簧Ⅱ与Z轴传感器组件连接；

所述悬挂支撑件、笔斗、弹簧固定件中央均设置有通孔；所述衔接导管一端与导管固定件连接，另一端穿过悬挂支撑件、弹簧固定件、笔斗中央的通孔与笔斗连接；悬挂支撑件的通孔与衔接导管之间存在有间隙，不与衔接导管接触；

所述悬挂支撑件上均布设置有传感弹力组件，所述传感弹力组件包括有弹片和XY传感器组件；弹片安装在悬挂支撑件上，XY传感器组件安装在弹片上；在弹片的弹力作用下，XY传感器组件与笔管接触。

Z轴传感器组件的结构和XY传感器组件的结构相同；所述Z轴传感器组件，包括有传感器固定件、传感器；传感器安装在传感器固定件上；为了增强传感器的感应灵敏性，所述Z轴传感器组件还包括有钢珠和钢珠固定块；传感器上设置有钢珠，钢珠固定块安装在传感器固定件上。

在弹片作用下，XY传感器组件上的钢珠与笔管接触。

所述悬挂支撑件还设置有环形支撑部，环形支撑部与笔管之间有间隙。

优选地，悬挂支撑件的通孔与衔接导管之间的间隙大小为0.01mm-2mm。

优选地，悬挂支撑件上的环形支撑部与笔管之间间隙大小为0.01mm-2mm。

优选地，悬挂支撑件上传感弹力组件的个数为3-8个。

优选地，为了便于力的传导，所述弹簧Ⅱ与Z轴传感器组件连接处设置有顶板，顶板安装在弹簧Ⅱ上，并与Z轴传感器组件上的钢珠接触。

优选地，传感器为压电传感器。

本实用新型的有益效果：

（1）本实用新型中，由于笔管内的悬挂支撑件设置弹簧Ⅰ、弹簧Ⅱ之间，并且悬挂支撑件的通孔与衔接导管之间存在有间隙，所以，沿着笔芯方向的力可以通过Z轴传感器组件准确地检测出来。

（2）本实用新型中，悬挂支撑件上均布设置有传感弹力组件，多个传感弹力组件保证了悬挂支撑件的对中，使得悬挂支撑件处于悬挂状态；由于悬挂支撑件上的弹片具有弹力，在弹力的作用下，将传感器上的钢珠紧贴与笔管内壁中，传感器在初始时即有预压力，使得传感器对笔管上力度大小变化具有较强的敏感性。

（3）本实用新型中，由于悬挂支撑件上的环形支撑部与笔管之间有间隙，当手握笔管下压书写过程中，手的移动方向会使得笔管上的受力发生变化，施加在笔管上的力可以使得悬挂件上的环形支撑部与笔管接触，形成一个支点，以便弹片上的传感器组件准确的检测出垂直于笔管方向的力。

（4）本实用新型通过Z轴传感器组件准确地检测沿着笔芯方向的力；通过悬挂支撑件上的传感弹力组件，准确地检测垂直于笔芯方向的力，从而能够准确地推导出电子笔所受到的合力。

附图说明

图1为本实用新型的剖视结构示意图；

图2为图1A处局部放大图；

图3为本实用新型的立体结构爆炸图；

图4为传感器组件的结构示意图；

图中：1-笔头，2-笔斗，3-弹簧Ⅰ，4-弹簧固定件，5-悬挂支撑件，6-衔接导管，7-导管固定件，8-Z轴传感器组件，81-传感器固定件，82-传感器，83-钢珠，84-钢珠固定块，9-卡座，10-笔管，11-笔顶，12-弹片，13-XY传感器组件，14-弹簧Ⅱ,15-顶板，16-环形支撑部。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的说明。

实施例1

一种用于检测电子笔受力的测力装置，如图1、图3所示，包括有笔头1、用于容纳笔头1的笔斗2、弹簧Ⅰ3、弹簧固定件4、悬挂支撑件5、衔接导管6、导管固定件7、弹簧Ⅱ14、Z轴传感器组件8、卡座9、笔管10和笔顶11；

所述笔管10的一端与弹簧固定件4连接，另一端与笔顶11连接；笔管10内装有所述弹簧Ⅰ3、悬挂支撑件5、衔接导管6、导管固定件7、弹簧Ⅱ14、Z轴传感器组件8、卡座9；所述卡座9安装在所述笔管10内壁上端部处；所述Z轴传感器组件8设置在卡座9上；

如图2所示，所述悬挂支撑件5的一端与所述弹簧Ⅰ3连接，另一端与所述导管固定件7连接；所述弹簧Ⅰ3安装在弹簧固定件4上；所述导管固定件7上装有弹簧Ⅱ14；所述弹簧Ⅱ14与Z轴传感器组件8连接；

如图4所示，所述Z轴传感器组件8包括有传感器固定件81、传感器82；传感器82安装在传感器固定件81上，为了增强传感器的感应灵敏性，Z轴传感器组件8还包括有钢珠83和钢珠固定块84，传感器82上设置有钢珠83，钢珠固定块84安装在传感器固定件81上。传感器82为压电传感器。

如图2所示，所述悬挂支撑件5、笔斗2、弹簧固定件4中央均设置有通孔；所述衔接导管6一端与导管固定件7连接，另一端穿过悬挂支撑件5、弹簧固定件4、笔斗2中央的通孔与笔斗2连接；

所述悬挂支撑件5上均布设置有传感弹力组件，悬挂支撑件5上传感弹力组件的个数为3个，如图3所示。所述传感弹力组件包括有弹片12和XY传感器组件13；XY传感器组件13的结构与Z轴传感器组件8的结构相同。所述弹片12安装在悬挂支撑件5上，所述XY传感器组件13安装在弹片12上；在弹片12的弹力作用下，XY传感器组件13与笔管10接触。在弹片12作用下，XY传感器组件13上的钢珠83与笔管10接触，时刻感应笔管10上的力的变化。

初始时，悬挂支撑件5的通孔与衔接导管6之间存在有间隙，不与衔接导管6接触，悬挂支撑件5的通孔与衔接导管6之间的间隙大小为0.01mm-2mm。

所述悬挂支撑件5还设置有环形支撑部16，环形支撑部16与笔管10之间有间隙，环形支撑部16与笔管10之间的间隙大小为0.01mm-2mm。

为了便于力的传导，所述弹簧Ⅱ14与Z轴传感器组件8连接处设置有顶板15，顶板15安装在弹簧Ⅱ14上。

本实用新型检测的工作原理分析：

电子笔在写字过程中，当笔头1压在书写平面上，压在书写平面上的力通过笔头1、笔斗2和与笔斗2连接的衔接导管6、导管固定件7、弹簧Ⅱ14、顶板15传递到Z轴传感器组件8，顶板15挤压钢珠83，从而Z轴传感器组件8上的传感器82能够检测出沿着笔芯方向的力。由于沿着笔芯方向的力在传导过程中，初始时，悬挂支撑件5的通孔与衔接导管6之间存在有间隙，悬挂支撑件上的环形支撑部16与笔管10之间有间隙，使得悬挂支撑件5与衔接导管6，悬挂支撑件5与笔筒10之间的没有摩擦力，使得力在沿着笔芯方向传递过程中的损耗很小，而且钢珠83与传感器82之间为点接触，使得传感器对力的反应敏感，本实用新型从而实现了准确地将沿着笔芯方向的力检测出来。

当笔头1沿着书写平面上移动，由于笔斗2与衔接导管6连接，并不与笔筒10接触，使得笔筒10与笔斗2之间不存在有摩擦力，垂直于笔芯方向的力基本没有损耗，可以完全通过悬挂件5悬上均布的传感弹力组件对垂直于笔芯方向的力进行检测；初始时，在弹片12的弹力作用下，XY传感器组件13上的钢珠与笔管10接触，事先给了XY传感器组件13上的传感器一个预压力，以便当力发生变化时，敏感、快速地检测出来；在电子笔移动过程中，悬挂支撑件上的环形支撑部16与笔管10会发生接触，形成了一个支撑点，使得XY传感器组件13上的传感器能够更准确地实现对力的变化检测，从而得到准确的垂直于笔芯方向的力。

本实用新型通过Z轴传感器组件准确地检测沿着笔芯方向的力；通过悬挂支撑件上的传感弹力组件，准确地检测垂直于笔芯方向的力，从而能够准确地推导出电子笔所受到的合力。

以上所述实施例仅表达了本实用新型的优选实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形、改进及替代，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。