多区电容式力传感器件与方法

专利名称：多区电容式力传感器件与方法
技术领域：
本发明一般地涉及测量器件的技术领域，并且在一个实施例中，涉及一 种多区电容式力传感装置和方法。
背景技术：
测力器可以用来量测施加在该测力器上的力(例如，负栽)，并且可以 生成与该力相关联的单个测量结果。例如，测力器可以放在被测(例如，称 重)物体的下方来测量该物体施加到测力器上的力。
然而，由测力器生成的单个测量结果可能不足以确定物体的水平度 (levelness)。为测量物体的水平度会需要多个测力器(例如，至少两个)。 例如，施加在四个测力器上(举例来说，四个测力器可以对称》文置和/或有 策略地放置)的负载在由这四个测力器生成的测量结果没有指示它们之间显 著差别时，可以被确定是均匀的(例如，平衡的)。在该示例中，使用四个 测力器测量负载的平衡会产生额外的花费以获取(例如，购买、租赁等)四 个测力器。此外，可能需要更多的附属设备(例如，电缆、数据处理系统、 通信器件等)来读取、处理、分析和/或生成四个测力器的测量结果。
此外，与测量结果相关联的处理会在技术上存在更大的挑战，因为使用 多个测力器的使用者可能必须协调获取(例如，收集、传送、读取、比较、 分析等)多个测力器的测量结果的过程。因此，可能额外需要复杂的算法(例 如，软件和/或硬件)来执行该获取过程。而且，多个测力器的测量结果会 更容易出错，因为获取测量结果的多个测力器中的每一个都具有由于自身原因和/或其他外围器件原因而产生的误差。此外，可能需要更大的空间(例 如，用于多个测力器)以在测量发生之前放置多个测力器。

发明内容
公开了一种多区电容式力传感装置/方法。在一个方面，装置包括一 个或多个电容器，每个电容器具有上导电表面和与该上导电表面基本平行的 下导电表面；外壳，所述外壳具有顶板和底板以包围电容器；以及外壳中的 传感器，当与每个电容器相关联的顶板的接触区在施加在该接触区上的力的
距离改变而产生测量结果。例如，外壳中的三个电容器可以形成三区传感器， 从而产生与所述三个电容器中的一个或多个相关联的测量结果。该装置还可 以包括在外壳中的基准电容器，基准电容器具有上基准表面和下基准表面， 用来基于环境条件(例如，湿度、温度等)补偿测量结果误差。
该装置还可以包括 一个或多个接触区腔(例如，深度近似1/2000英 寸)，所述接触区腔被创建在所述顶板的底面上，以在每个接触区腔上形成 上导电表面；以及/或者一个或多个底腔(例如，深度近似1/2000英寸)， 所述底腔被创建在所述底板的顶面上，以在每个底腔上形成下基准表面。此 外，装置还可以包括单个印刷电路板(PCB)，以容纳传感器和/或与传感 器相关联的一个或多个电路并且提供每个电容器的下导电表面和基准电容 器的上基准表面。
此外，该装置还可以包括与传感器相关联的比较模块，当在多个电容器 的测量结果之间存在显著差别(例如，其可以是使用者提供的阈值)时，所 述比较模块产生指示施加在顶板上的力的不均匀度的信号数据。该装置还可 以包括与所述传感器相关联的报警模块，当所述信号数据的参数超出阈值 的时候，所述报警模块发出可感知数据；与传感器相关联的聚集模块，聚集 模块加总每个电容器的测量结果；与传感器相关联的电容-频率转换模块， 电容-频率转换模块将测量结果转换为频率值；以及/或者与传感器相关联 的通信模块和数据处理模块，用于与通信器件连接。
在另一方面， 一种方法包括当负载被施加到包围一个或多个电容器的 外壳的顶板上时，在与所述外壳的顶板相连接的每个接触区中产生变形，其中所述一个或多个电容器中的每个电容器具有两个平行的导电表面；以及当 每个电容器的两个平行导电表面之间的距离由于每个接触区中的变形而改 变时，从每个电容器自动产生电容数据。该方法还可以包括将电容数据按比 例转换为频率数据(例如，频率数据可以被调制到高值)，比较电容数据以 确定施加到外壳的顶板上的负载的水平度，以及/或者当电容数据在多个电 容器之间不基本上相等的时候，产生^t艮警声音
该方法还可以包括当 一个或多个力被施加到接触区上的时候，使用具有 一个或多个电容器的传感器测量所述一个或多个力，修改外壳的一个或多个 属性以改变接触区的变形特性，以及/或者在顶板的与每个接触区相对的底 面上创建腔，以形成所述两个平行导电表面中的上导电表面。
该方法可以以包含一组指令的机器可读介质的形式执行，所述指令组在 被机器执行时，使得机器执行这里公开的任意操作。通过下面的附图和详细 说明，其它特征将变得明显。


通过示例图示了示例性实施例，并且这些示例性实施例不受附图中的图 形限制。在附图中类似的标号表示相似的元件，其中
图1是根据一个实施例的具有至少一个传感电容器和基准电容器的多 区电容式测力器的三维;f见图。
图2是根据一个实施例的图1的顶板的底面的三维视图。
图3A和3B是才艮据一个实施例的紧固件和位于图4的底腔上的PCB的 分解^L图。
图4是根据一个实施例的具有下基准表面的底板的三维视图。 图5A-C是根据一个实施例的具有多个传感电容器和基准电容器的图1 的多区电容式测力器的横截面视图。
图6是根据一个实施例的多区电容式测力器的联网视图。 图7是根据一个实施例的测量力的过程视图。
图8A和8B分别是根据一个实施例的具有装配件的搬运车(truck)的 三维视图以及该装配件的分解视图。
图9是根据一个实施例确定施加到图1的多区电容式测力器上的负栽的水平度的流程图。
图IO是根据一个实施例搡纵图1的多区电容式测力器的测量特性的流程图。
现有实施例的其他特征通过附图和下面的详细说明而变得明显。
具体实施例方式
这里公开了一种多区电容式力传感装置/方法。在下面的说明中，出于 解释的目的，阐述了众多具体细节以便提供对多个实施例的充分理解。然而， 对本领域技术人员来说4艮明显，多个实施例可以在没有这些具体细节的情况
下实施。在示例性实施例中，装置包括多个电容器，每个电容器具有上导 电表面和与该上导电表面基本平行的下导电表面；外壳(例如，包括圓柱体 在内的多种形状)，所述外壳具有顶板和底板以包围电容器；以及外壳中的 传感器，当顶板的接触区在施加在该接触区上的力的作用下变形时，该传感 器基于每个电容器的上导电表面和下导电表面之间的距离改变而产生测量 结果(例如，电容、电压和/或频率)。基准电容器可以用来基于一个或多 个环境条件来调整测量结果。
此外，在另一实施例中，方法包括当负栽被施加到包围多个电容器的 外壳的顶板上时，在结合于外壳顶板的多个接触区的每个上产生变形，其中 所述多个电容器中的每个电容器具有两个平行的导电表面；以及当所述多个 电容器中的每个电容器的两个平行导电表面之间的距离由于所述多个接触 区的每个接触区中的变形而被改变时，从所述多个电容器中的每个电容器自 动生成电容数据。而且，该方法可以表现为包含一组指令的机器可读介质的 形式，该组指令当被机器执行时，使机器执行这里公开的任何方法。下面描 述的方法和装置的示例性实施例可以用来提供高精度、低成本和长寿命的测 力器(例如，负载传感器、压力传感器等)。将认识到这里讨论的多个实施 例可以成为也可以不成为相同的实施例，并且可以被组合为并非这里明确公 开的多个其他实施例。
图1是根据一个实施例的具有至少一个传感电容器(例如，包括图2的 上导电表面204和图3的下导电表面304的传感电容器)和基准电容器(例 如，包括图3的上基准表面308和图4的下基准表面404的基准电容)的多区电容式测力器100的三维视图。多区电容式测力器100包括顶板102、底 板104、接触区106、电缆IIO和应力消除器112 (例如，由塑料、弹性材 料等制成)。如图1所示，接触区106可以为施加到多区电容式测力器100 上的力(例如，力108)提供实质接触表面。电缆IIO可以用来获取(例如， 读取、分析、处理、传送等)传感电容器的测量结果，而应力消除器112通 过吸收施加在电缆UO上的应力(例如，冲击、拉紧等)可以用来提高电缆 110的寿命。
在一个示例性实施例中，力108(例如，负栽、重量、压力等)可以施 加在多区电容式测力器100的每个4秦触区106上。例如，多个力108A-N 可以施加在接触区106A-N(例如，其对应于多个力108A-N的数目)上。 在多个力108A-N的作用下变形的接触区106A-N可以朝着印刷电路氺反 (PCB ) 302的图3的下导电表面304向下移动传感电容器的图2的上导电 表面204，产生电容的改变。在另一实施例中，外壳(例如，其可以包括顶 板102、底板104、接触区106、和/或不同结构)可以由导电和/或非导电材 料制成。在使用非导电材料的情形中，非导电材料可以涂刷有(例如，溅射、 涂敷等)导电材料。多区电容式测力器100的多个实施例可以参考图2-5 得到最好的理解。
图2是根据一个实施例的图1的顶板102的底面的三维^L图。顶板102 包括接触区腔202、上导电表面204、顶腔206、传感器紧固件室208、以及 应力消除器腔210。接触区腔202可以是顶板102的底面上的缩进空间(例 如，深度大约1/2000英寸)，该接触区腔202的位置隔着顶板102与图1 的接触区106正对。接触区腔202可以使用多种方法形成(例如，通过钻孔、 铣削、蚀刻、车削、划线(Markingout)、焊接、手工制造、磨削等方法)。 相应地，当有N个接触区时(例如，图1的接触区106A-N),可以在顶 板102的底面上形成N个接触区腔(例如，接触区腔202A-N)。
板102是由非导电材料制成时通过在接触区腔202上涂刷导电材料)。顶腔 206 (例如，其可以位于图1的顶板102的底面的中央)可以具有足够的空 间来容纳耦合到图3的PCB302的电路306(例如，其可以包括传感器模块、 比较模块、电容-频率转换模块、电容-电压模块、聚集模块、报警模块、和/或数据处理模块)。传感器紧固件室208可以提供用于紧固件(例如， 图3的紧固件300)的空间以固定图1的底板104和顶板102。应力消除器 腔210可以提供用于将应力消除器112装配到图1的底板104中的空间。
图3A和3B是^4居一个实施例的紧固件300和位于图4的底腔402上 的PCB 302的分解视图。图3A是紧固件300的分解视图。在示例性实施中， 紧固件300 (例如，带螺紋的或者不带螺紋的)可以通过PCB紧固件孔310 到达图4的PCB紧固件腔406而将PCB 302固定到图1的底板104。
图3B是PCB302 (例如，其由单个PCB构成)的分解视图，其中PCB 302包括下导电表面304、电路306、和上基准表面308、以及PCB紧固件 孔310。下导电表面304可以被涂刷(例如，溅射、涂敷等)在PCB302的 顶面上。图形示出了涂刷(例如，溅射、涂敷等)在PCB302上的多个(例 如，三个)下导电表面304A-N。下导电表面304A-N中的每个可以与上 导电表面204A-N中的每个相结合以形成传感电容器。上导电表面204和 下导电表面304之间的间隙(例如，近似1/2000英寸)可以填充电介质材 料(例如，其可以是固体、液体和/或气体，其中最常使用固体电介质、气 体和六氟化硫)。
PCB 302可以被设计成匹配图4的底腔402,从而PCB可以与施加在图 1的多区电容式测力器IOO上的力相隔离(例如，保护起来)。PCB 302的 后延伸部的尺寸取决于电路306和通信器件(例如，USB、电缆、通信模块 等)之间的接口类型可以变化(例如，缩短、拉长等)。电路306可以是执 行多种功能(例如，测量、转换、比较、相加、传送、处理、和/或生成信 号数据)的电子电路。
上基准表面308可以被涂刷(例如，溅射、涂敷等)在PCB 302的底面 上。上基准表面308可以与图4的下基准表面404相结合以形成基准电容器。 上基准表面308和下基准表面404之间的间隙(例如，近似1/2000英寸) 可以填充电介质材料(例如，其可以是固体、液体和/或气体，其中最常使 用固体电介质、气体和六氟化硫)。
图4是根据一个实施例的具有下基准表面404的图1的底板104的三维 视图。底板104包括底腔402、下基准表面404、 PCB紧固件室406、夹钳 408和传感紧固件410。底腔402(例如，其可以采用用以容纳图3的PCB 302的独特形状)可以提供用于PCB 302的空间。下基准表面404可以与图3 的上基准表面308结合以形成基准电容器(例如，补偿测量结果中因诸如湿 度、温度等环境条件而产生的误差)。上基准表面308和下基准表面404之 间的间隙可以填充电介质材料(例如，其可以是固体、液体和/或气体，其 中最常使用固体电介质、气体和六氟化硫)。
PCB紧固件室406 (例如，带螺紋的或不带螺紋的)可以提供用于紧固 件(例如图3的紧固件300)的空间以固定PCB 302和图1的底板104。夹 钳408可以用来保持并/或牢固图1的电缆110，电缆110可以通过PCB302 的后部耦合到电路306。图1的应力消除器112可以用来通过吸收施加在电 缆110上的应力(例如，沖击、拉紧等)来提高电缆110的寿命。
图5A-C是根据一个实施例的图1的具有多个传感电容器502和基准 电容器504的多区电容式测力器IOO的横截面视图。图5A是根据一个实施 例的多区电容式测力器IOO的横截面视图，多区电容式测力器100包括图1 的顶板102、底板104和接触区106、图3的PCB 302、传感电容器502和 基准电容器504。在一个示例中，多个传感电容器502可以以建立在顶板102 的底面上的多个腔为基部，其中每个腔在位于顶板102的顶面上的接触区 106的正下方。在另一示例中，基准电容器504可以以在底板104的顶面上 建立的腔为基部，其中腔在图3的上基准表面308的正下方。
图5B是传感电容器502的分解视图，传感电容器502包括图2的上导 电表面204、图3的PCB 302和下导电表面304、和电介质材料506。上导 电表面204可以是顶板102的底面的缩进表面(例如，深度近似1/2000英 寸)。当图1的多区电容式测力器100的顶板102是由非导电材料制成时， 上导电表面204可以涂刷(例如，溅射、涂敷等)导电材料(例如，金属、 合金等)。缩进表面的横截面视图可以是这样的形状(例如，其长度比图3 的下导电表面304的长度更长的矩形，如图5B所示)，该形状防止顶板102 的底面与图3的下导电表面304接触(例如，从而防止上导电表面204和下 导电表面304之间的短路)。
下导电表面304可以涂刷(例如，溅射、涂敷等)在PCB302的顶面上， 并且电介质材料506 (例如，其可以是固体、液体或气体，其中最常使用固 体电介质、气体和六氟化硫)可以被插入图2的上导电表面204和图3的下导电表面304之间。在一个示例性实施例中，当力被施加在图1的顶板102 的接触区106上的时候，上导电表面204可以朝着下导电表面304被向下压 (例如，在上导电表面204和下导电表面304之间产生更短的距离)，从而 造成电容改变。
图5C是基准电容器504的分解视图，基准电容器504包括图3的PCB 302和上基准表面308、图4的下基准表面404、以及电介质材料508。下基 准表面404可以是底板104的顶面的缩进表面(例如，深度近似1/2000英 寸)。当图1的多区电容式测力器100的底板104是由非导电材料制成时， 下基准表面404可以涂刷(例如，溅射、涂敷等)有导电材料(例如，金属、 合金等)。缩进表面的横截面视图可以是这样的形状(例如，其长度比图3 的上基准表面304的长度更长的矩形等)，该形状防止底板104的顶面与图 3的上基准表面308接触(例如，从而防止上基准表面308和下基准表面404 之间的短路)。
上基准表面308可以涂刷(例如，溅射、涂敷等)在PCB 302的底面上， 并且电介质材料508 (例如，其可以是固体、液体或气体，其中最常使用固 体电介质、气体和六氟化疏)可以被插入图3的上基准表面308和图4的下 基准表面404之间。
图6是根据一个实施例的多区电容式测力器602的联网视图。如图6所 示，多区电容式测力器602A通过电缆604连接到数据处理系统606A。多 区电容式测力器602A还连接到网络600 (例如，因特网、局域网等)。多 区电容式测力器602B通过接入设备616 (例如，能够在形成无线网络的设 备之间进行无线通信的设备)无线连接到网络600。
多区电容式测力器602B包括发送器/接收器电路608和无线接口控制器 610(例如，用于无线通信)、电池612(例如，作为独立的i殳备持续工作)、 以及^艮警电路614 (例如，当施加到多区电容式测力器602B的力大于阈值 时和/或当电池几乎用尽时提醒用户注意)。发送器/接收器电路608和/或无 线接口控制器610可以集成在图7的处理模块720中。
数据处理系统606可以通过网络600从多区电容式测力器602A和/或多 区电容式测力器602B接收数据(例如测量力和/或负载的输出数据等)。在 一个实施例中，数据处理系统606分析由多区电容式测力器602的多个操作产生的数据(例如，测量结果)。在另 一示例性实施例中，通用串行总线(USB ) 可以包括在多区电容式测力器602A和/或多区电容式测力器602B的图3的 电路306中。USB(例如，具有迷你插口的USB端口或集线器)可以适用 用于数据处理系统(例如，数据处理系统606A和/或数据处理系统606B) 的硬件接口 (例如，用户友好型)和/或用于附接外围设备(例如，闪存设 备)的硬件接口。
图7是根据一个实施例测量力的过程视图。在图7中，当力700传递到 传感器702时(例如，经由多区电容式测力器100)，电子电路(例如，软 件和/或硬件节点)可以应用算法测量传感器702 (例如，图5的传感电容器 502)的两个导电板(例如，图2的上导电表面204和图3的下导电表面304) 之间的距离改变704。在替代性实施例中，可以考虑板间的面积改变而非距 离改变。
接下来，可以基于形成传感电容器的两个板之间的距离改变704来计算 电容改变706。还可以计算电容改变706、电压改变712、以及/或者频率改 变714以生成测量结果(例如，施加到传感器702的力700的估算)。通过 使用电容-电压模块708，电容改变706可以变为电压改变712。通过使用 电容-频率才莫块710，电容改变706还可以转换为频率改变714。
此外，电容-频率模块710可以基于这样的电路，该电路产生的波形数 据的频率与电容改变706成正比。因此，当频率产生高值(例如，每秒百万 周)并且/或者被调制到高值的时候，可以得到更高分辨率的测量结果。例 如，每秒l百万周的频率(Hz)将比具有5000阶的电压(例如，按照最大 毫伏阶测量最高电压为5伏的电压)的分辨率高20倍。这里，1百万赫兹 的频率的误差为1/1,000,000，而电压的误差为1/5000。因此，可以通过从在 力700被施加到传感器702上时的每秒波形数减去没有力存在时的每秒波形 数，可以获得传感器702的频率改变714。
传感器702 (例如，图5的传感电容器502 )和电压改变712和/或频率 改变714可以被提供给比较模块716,以同图1的多区电容式测力器IOO(例 如，具有多个传感器702)的另一传感器的电压改变712和/或频率改变714 相比较。当检测出两个传感器的测量结果之间的显著差别时，比较模块716 可以生成指示施加到图1的多区电容式测力器100上的力的不均匀度的数据。而且，当数据(例如，来自比较模块716)的参数超过阈值时，报警模 块(例如，图6的报警电路614)可以发出可感知数据(例如，基于听觉、 感觉、视觉、味觉等)。
此外，聚集模块718可以用来将每个传感器700的测量结果(例如，电 容、电压和/或频率)加总。最后，处理模块720 (例如，可以集成在图3 的PCB302的电路306中的微处理器，用来分析和/或处理电容改变706、电 压改变712和/或频率改变714 )可以以聚集测量结果(例如，基于聚集模块 718中进行的计算)和/或状态指示符(例如，基于比较模块716中进行的分 析)的形式产生信号数据722，其中该状态指示符确定施加在图1的多区电 容式测力器IOO上的负载的不均匀度。
此外，处理模块720可以包含通信模块(例如，其包括图6的发送器/ 接收器电路608和/或图6的无线接口控制器610)和/或数据处理模块(例 如，数据处理系统606)。
图8A和8B是根据一个实施例的具有装配件850的搬运车800的三维 视图以及装配件850的分解视图。搬运车800可以包括板簧802、平台804、 连接件806、轮808和装配件850。搬运车800可以为车辆(例如，机车、 小卡车、滑动架等)提供悬挂。搬运车的重量可以靠装配件850 (例如，其 包括图8B的多区传感器810和/或由轴承制成的枢轴808)支撑。装配件850 允许搬运车800枢转，使搬运车能够转弯。当装配件850发生故障时，装配 件850还可以产生信号数据。装配件850下方是板簧802,板簧802靠平台 804支撑。平台804可以由连接到搬运车800的四个连接件806 (例如，由 金属制成)悬起。连接件806可以允许搬运车800左右摇摆。
图8B是装配件850的分解视图，装配件850包括枢轴808，其中轴承 被放置在多区传感器810 (例如，图1的多区电容式测力器100)的顶部。 当搬运车800的重量施加到装配件850的枢轴808上的时^f美，力812A-N 会被施加到多区传感器810。当明显小于被施加在多区传感器810上的其它 力(例如力812A和力812B)的力(例如，力812N)被施加在多区传感器 810的接触区时，与该力相关联的接触区的变形程度会小于多区传感器810 的其它接触区(例如，与力812A和/或力812B接触的接触区)。
比较模块(例如，图7的比较模块716)可以检测出该差别并且/或者产生指示该差别的数据。当数据被中继传送到报警模块(例如，图6的报警电 路614)的时候，报警模块会产生可感知数据(例如，鸣响、闪光等)来予 以提醒。信号数据还可以被无线传送到数据处理系统(例如，远程站)以报 告搬运车800可能面临的潜在危险。多区传感器810可以配有电池(例如， 图6的电池612),以使其独立工作以及/或者通过搬运车800的电源充电。
图9是根据一个实施例确定施加到图1的多区电容式测力器100上的负 栽的水平度的流程图。在才喿作902中，当负载(例如，压力、由负载施加的 力等)被施加到结合于包围多个电容器的外壳顶板的接触区上的时候，在每 个接触区中会产生变形，其中多个电容器中的每个电容器都具有两个平行的 导电表面(例如图2的上导电表面204和图3的下导电表面304)。当多个 电容器中的每个电容器的两个平行导电表面之间的距离由于每个接触区域 的变形而改变时(例如，距离变短)，在操作904中可以从多个电容器中的 每个自动生成电容数据。
在操作906中，电容数据会被比较(例如，在多个电容器之间进行比较) 以确定施加到接触区上的负载的水平度。例如，当多区电容式测力器(例如， 图1的多区电容式测力器IOO)中的电容器A产生的电容数据显著小于或大 于由多区电容式测力器中的任何电容器产生的另一电容数据时，作为该电容 数据起因的负载会被确定为不是均匀的。在操作908中，当电容数据在(例 如图1的多区电容式测力器100的)多个电容器之间不基本上相等的时候， 会产生报警声音(例如，以及/或者其它可感知数据)。
图IO是根据一个实施例操纵图1的多区电容式测力器100的测量特性 的流程图。在操作1002中，当多个力被施加到结合于(例如具有多个电容 器的多区电容式测力器100中的)传感器的外壳的顶板接触区(例如，与多 个电容器相关联)上的时候，可以使用该传感器测量所述多个力。
可以使用模块(例如，图7的聚集模块718)来加总(例如，相加、合 计等)多个力的测量结果，以测量施加在传感器上的负载的总体重量。在操 作1004中，传感器的电容数据可以按比例转换为频率数据，其中频率数据 可以被调制到高值(例如，给予频率数据更高的分辨率，从而最小化处理频 率数据过程中的误差)。
在操作1006中，可以在顶板(例如，图1的顶板102)的与每个接触区相对的底面创建腔(例如，近似1/2000英寸)，以形成传感器的两个平 行导电表面中的上导电表面(例如，图2的上导电表面204)。当腔与下导 电表面(图2的下导电表面304)相结合时，将形成传感电容器(例如，图 5的传感电容器502)。
在操作1008中，可以修改传感器的外壳的一个或多个属性以改变接触 区的变形特性(例如，其可以允许多个电容器中的每个电容器的两个平行导 电表面之间的距离有更大的改变)。接触区的变形特性可以由多个因素确定 (例如，取决于接触区所用材料的类型、接触区的尺寸、接触区的几何形状、 和/或施加在接触区上的力)。因素的数目可以部分或全部用来提供对接触 区变形的低阻力，从而使得接触区更容易弯曲。相反，因素的数目可以部分 或全部用来提供对接触区变形的高阻力，从而使得接触区以更刚性的方式对 所施加的负载进行响应。
在另一实施例中，腔(例如，图2的接触区腔202)的深度可以变化以 改变接触区的变形特性。例如，在图1的顶板102的底面上形成的腔(例如， 对应于接触区)变得更大，接触区(例如，图1的接触区106)的厚度可以 减小(例如，从而在施加到接触区的负载的作用下时弯曲的阻力变小)。
尽管已经参考具体的示例性实施例描述了现有实施例，但是很明显，在不 背离多个实施例的宽泛内涵和范围的^f牛下，可以对这些实施例进行多种修改 和改变。例如，这里描述的图3的电路306、图6的发送器/接收器电路608、 无线接口控制器610和报警电路614、以^/或者图7的电容-电压模块708、 电容-频率模块710、比较模块716、聚集模块718和处理模块720可以使用 硬件电路(例如，基于CMOS的逻辑电路)、固件、软件和/或硬件、固件和/ 或软件(例如，包含在机器可读介质中)的任意组合来实现和进行操作。
例如，电容-电压模块708、电容-频率模块710、比较模块716、聚 集模块718和/或处理模块720可以使用软件和/或使用晶体管、逻辑门和诸 如转换电路、聚集电路和/或处理电路的电子电路(例如，专用集成电路 ASIC)实现。此外，将认识到这里公开的多种操作、过程和方法可以实现 在机器可读介质中以及/或者与数据处理系统(例如，计算机系统)兼容的 机器可访问介质中，并且可以以任意顺序执行(例如，包括使用用于实现多 种操作的装置)。相应地，说明书和附图意在图示说明而不具有限制意义。
权利要求
1、一种装置，包括多个电容器，每个电容器具有上导电表面和与所述上导电表面基本平行的下导电表面；外壳，所述外壳具有顶板和底板以包围所述多个电容器；以及所述外壳中的传感器，当与所述多个电容器中的每个电容器相关联的顶板的接触区在施加到所述接触区上的力作用下变形时，所述传感器基于所述多个电容器中的每个电容器的上导电表面和下导电表面之间的距离改变而产生测量结果。
2、 如权利要求1所述的装置，还包括在所述外壳中的基准电容器，所 述基准电容器具有上基准表面和下基准表面，用来补偿基于环境条件的测量 结果误差。
3、 如权利要求2所述的装置，还包括在所述顶板的底面上形成的至少 一个接触区腔，并且其中所述上导电表面被形成在所述至少一个接触区腔中 的每个接触区腔上。
4、 如权利要求3所述的装置，还包括在所述底板的顶面上形成的至少 一个底腔，并且其中所述下基准表面被形成在所述至少一个底腔中的每个底 腔上。
5、 如权利要求4所述的装置，其中所述至少一个接触区腔和所述至少 一个底腔的深度近似为1/2000英寸。
6、 如权利要求5所述的装置，还包括单个印刷电路板，所述印刷电路 板容纳所述传感器以及与所述传感器相关联的多个电路，并且提供所迷多个 电容器中的每个电容器的下导电表面和所述基准电容器的上基准表面。
7、 如权利要求1所述的装置，还包括与所述传感器相关联的比较模块， 当在所述多个电容器的测量结果之间存在显著差别时，所述比较模块产生指 示施加在所述顶板上的力的不均匀度的信号数据。
8、 如权利要求7所述的装置，还包括与所述传感器相关联的报警模块, 当所述信号数据的参数超出阚值的时候，所述报警模块发出可感知数据。
9、 如权利要求1所述的装置，还包括与所述传感器相关联的聚集模块，所述聚集^f莫块加总所迷多个电容器中的每个电容器的测量结果。
10、 如权利要求1所述的装置，还包括与所述传感器相关联的电容-频率转换模块，所述电容-频率转换模块将所述测量结果转换为频率值。
11、 如权利要求l所述的装置，还包括与所述传感器相关联的通信模块 和数据处理模块，用于与通信器件连接。
12、 如权利要求1所述的装置，其中所述外壳包括三个电容器以形成三 区传感器，从而产生与所述三个电容器中的至少一个相关联的测量结果。
13、 一种方法，包括当负载被施加到结合于包围多个电容器的外壳的顶板的多个接触区上 时，在所述多个接触区的每个接触区中产生变形，其中所述多个电容器中的 每个电容器具有两个平行的导电表面；以及于所述多个接触区中的每个接触区中的变形而改变时，从所述多个电容器中 的每个电容器自动产生电容数据。
14、 如权利要求13所述的方法，还包括将所述电容数据按比例转换为 频率数据，其中所述频率数据可以被调制到高值。
15、 如权利要求13所述的方法，还包括比较所述电容数据以确定施加 到所述多个接触区上的负载的水平度。
16、 如权利要求15所述的方法，还包括当所述电容数据在所述多个电 容器之间不基本上相等的时候，产生报警声音。
17、 如权利要求13所述的方法，还包括当多个力被施加到所述多个接 触区上的时候，使用具有所述多个电容器的传感器测量所述多个力。
18、 如权利要求13所述的方法，还包括修改所述外壳的至少一个属性 以改变所述接触区的变形特性。
19、 如权利要求13所述的方法，还包括在所述顶板的与所述多个接触 区中的每个接触区相对的底面上创建腔，以形成所述两个平行导电表面中的 上导电表面。
20、 包含一组指令的机器可读介质形式的如权利要求13所述的方法， 所述指令当被机器执行时，使得所述机器执行权利要求13所述的方法。
全文摘要
公开了一种多区电容式力传感装置/方法。在一个实施例中，装置包括一个或多个电容器，每个电容器具有上导电表面和与该上导电表面基本平行的下导电表面；外壳，所述外壳具有顶板和底板以包围电容器；以及外壳中的传感器，当与所述多个电容器中的每个相关联的顶板的接触区在施加在该接触区上的力的作用下变形时，该传感器基于每个电容器的上导电表面和下导电表面之间的距离改变而产生测量结果。该装置还可以包括与传感器相关联的比较模块，以在电容器的测量结果之间存在显著差异的时候产生指示施加在顶板上的力的不均匀度。
文档编号G01B7/16GK101416021SQ200780011717
公开日2009年4月22日 申请日期2007年3月23日 优先权日2006年4月3日
发明者威廉·达伦巴赫, 约翰·舒尔兹, 迪夫亚西姆哈·哈里什, 金·王 申请人:北极星传感器公司