能够侦测剪切力的力传感器的制作方法

本发明涉及一种力传感器，尤其涉及一种能够用于侦测剪切力的力传感器。
背景技术：
：目前，利用压电薄膜能够产生电荷的原理已经生产出通过压电薄膜来实现的压电薄膜传感器。此类压电薄膜传感器可以对外界的按压、振动等压力进行感应。但是，目前的压电薄膜传感器只能用来感知压力，却对剪切力不敏感。技术实现要素：有鉴于此，有必要提供一种能够用于侦测剪切力的力传感器，从而解决上述问题。本发明提供一种能够侦测剪切力的力传感器，包括一基板，还包括：至少一固定于该基板上的呈三维拱形的支架，采用可发生弹性形变的材料制成，该呈三维拱形的支架远离该基板拱出；以及至少一剪切力传感单元，设置于该支架远离该基板的外表面，每一剪切力传感单元包括一第一压电薄膜以及分别位于该第一压电薄膜相对的两表面的两个第一电极，该第一压电薄膜覆盖于该支架上且呈三维拱形，该支架当一剪切力作用于所述剪切力传感单元上时沿着该基板所在的平面产生形变，从而带动所述第一压电薄膜产生形变，并通过所述第一电极输出与该形变相关的信号。本发明的力传感器当受到一剪切力作用时，通过所述呈三维拱形的支架带动剪切力传感单元的第一压电薄膜产生形变，并输出与该形变相关的信号，从而使得该力传感器可用于侦测剪切力。附图说明图1为本发明一较佳实施例中的能够侦测剪切力的力传感器的结构示意图。图2为图1所示的力传感器所包含的其中一支架的结构示意图。图3为图2所示的力传感器中沿III-III的剖面示意图。图4为图2所示的力传感器中的支架在剪切力F1作用下变形前后的示意图。图5为图2所示的力传感器中沿IV-IV的剖面示意图。图6为图2所示的力传感器中的支架在压力F2作用下变形前后的示意图。主要元件符号说明力传感器1基板10振荡器11信号处理器12支架20侧边201拱形部202剪切力传感单元21第一压电薄膜210第一电极211压力传感单元22第二压电薄膜220第二电极221电极引线2110，2210壳体30收容空间100如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。具体实施方式图1为本发明一较佳实施方式中的能够侦测剪切力的力传感器1的结构示意图。该力传感器1包括一基板10以及至少一固定于该基板10上的呈三维拱形的支架20。该支架20采用可发生弹性形变的材料制成，如不锈钢。请一并参照图2，该支架20包括相对的两侧边201以及位于所述两侧边201之间的拱形部202。该支架20通过所述两侧边201固定于该基板10上，该拱形部202远离该基板10拱出。在本实施例中，该基板10为一印刷电路板（PrintedCircuitBoard，PCB），更具体的，该基板10为一柔性电路板（FlexiblePrintedCircuitBoard，FPC）。请一并参照图2和图3，该支架20远离该基板10的外表面设有至少一剪切力传感单元21。每一剪切力传感单元21包括一第一压电薄膜210以及分别位于该第一压电薄膜210相对的两表面的两个第一电极211。该第一压电薄膜210覆盖于该支架20上，其相对的两端可分别固定于该支架20的拱形部202的最高处以及其中一侧边201上，从而使该第一压电薄膜210呈三维拱形。当一剪切力F1（参图4）作用于所述剪切力传感单元21上时，该支架20能够沿着该基板10所在平面产生形变（即-X方向或+X方向，图4示出该支架20沿+X方向的变形），从而带动所述第一压电薄膜210产生形变，并通过所述第一电极211输出与该形变相关的信号（如输出一实际振动频率或一电压信号）。其中，压电薄膜产生形成后输出与该形变相关的信号为现有技术，此不赘述。在本实施方式中，该支架20的外表面设有至少两个剪切力传感单元21，所述至少两个剪切力传感单元21的第一压电薄膜210的一端均固定于该支架20的拱形部202的最高处，另一端分别固定于该支架20的不同侧边201上。从而，所述至少两个剪切力传感单元21的第一压电薄膜210可随着该支架20沿着该基板10所在平面的两个相反的方向产生形变（即-X方向以及+X方向），从而使得后续可根据所述至少两个剪切力传感单元21输出的信号计算沿着该基板10所在平面的两个相反的方向的剪切力。请一并参照图2和图5，该支架20远离该基板10的外表面还可设有至少一压力传感单元22。每一压力传感单元22包括一第二压电薄膜220以及分别位于该第二压电薄膜220相对的两表面的两个第二电极221。该第二压电薄膜220覆盖于该支架20上，其相对的两端分别固定于该支架20的所述两侧边201上，从而使该第二压电薄膜220呈三维拱形。当一压力F2（参图6）作用于所述压力传感单元22上时，该支架20朝向该基板10的方向产生形变（如图6所示的-Z方向），从而带动该第一压电薄膜210产生形变，并通过所述第二电极221输出与该形变相关的信号。在本实施方式中，所述第一压电薄膜210以及第二压电薄膜220的材质可为有机压电材料，所述有机压电材料可选自聚四氟乙烯（PTFE）、聚偏氟乙烯（PVDF）、可溶性聚四氟乙烯(PFA)、聚三氟氯乙烯(PCTFE)、聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)、聚酞亚胺(PI)及聚对苯二甲酸乙二酯(PET)中的一种。所述第一压电薄膜210以及第二压电薄膜220的材质还可为无机压电材料，如锆钛酸铅(PZT)。所述第一电极211以及第二电极221的材质可选自金、银、铂、铝、镍、铜、钛、烙、硒或其合金中的一种。请一并参阅图1和图2，在本实施方式中，形变后的剪切力传感单元21或压力传感单元22通过第一电极211或第二电极221输出一实际振动频率。在这种情况下，该基板10上设有一振荡器11以及一信号处理器12。该振荡器11通过电极引线2110、2210分别与每一剪切力传感单元21的第一电极211的其中一端和每一压力传感单元22的第二电极221的其中一端电连接。该信号处理器12通过电极引线2110、2210分别与每一剪切力传感单元21的第一电极211的另一端和每一压力传感单元22的第二电极221的另一端电连接。该振荡器11用于向每一剪切力传感单元21和每一压力传感单元22输入一参考振动频率。若所述剪切力传感单元21或压力传感单元22产生形变，则所述剪切力传感单元21或压力传感单元22将会振动而使其输出的参考振动频率发生变化。该信号处理器12接收每一剪切力传感单元21和每一压力传感单元22输出的实际振动频率，并判断该实际振动频率是否与该参考振动频率一致。若是，则该信号处理器12判断对应的第一压电薄膜210或第二压电薄膜220未产生形变，即，对应的剪切力传感单元21或压力传感单元22未受到剪切力F1或压力F2作用。否则，该信号处理器12计算实际振动频率与该参考振动频率之间的差值，根据该差值计算对应的剪切力传感单元21或压力传感单元22受到的剪切力F1或压力F2的大小，并将计算结果输出至一移动终端2。其中，所述移动终端2可以是一智能手机或平板电脑。从而，该力传感器1可同时用于侦测剪切力F1以及压力F2。在另一实施方式中，形变后的剪切力传感单元21或压力传感单元22通过第一电极211或第二电极221输出一电压信号。可以理解的，当该第一压电薄膜210或该第二压电薄膜220产生压电效应时，所述两个第一电极211或两个第二电极221之间将产生正比于所述剪切力F1或压力F2的电压信号。在这种情况下，所述振荡器11可省略。该基板10上还设有一信号放大器（图未示），其通过电极引线2110、2210分别与每一剪切力传感单元21的第一电极211每一压力传感单元22的第二电极221电连接。该信号放大器用于获取所述剪切力传感单元21以及压力传感单元22上产生的电压信号，将该电压信号放大。该信号处理器12用于将该经过放大后的电压信号进行滤波处理，然后根据该经滤波后的电压信号计算对应的剪切力传感单元21或压力传感单元22受到的剪切力F1或压力F2的大小，并将计算结果输出至该移动终端2。在本实施方式中，所述支架20的数量为两个，且所述两个支架20的侧边201相互垂直(如图1所示)。即，设置于所述两个支架20上的剪切力传感单元21的第一压电薄膜210可产生形变的方向相互垂直。如此，所述剪切力传感单元21可用于侦测沿该基板10所在的平面的四个方向上的剪切力(如图1所示的-X方向、+X方向、-Y方向以及+Y方向)。在本实施方式中，该力传感器1还包括一设置于该基板10上的壳体30（如图1所示）。该基板10与该壳体30之间形成一收容空间100，所述支架20以及分布于该支架20上的剪切力传感单元21以及压力传感单元22均收容于该收容空间100内。其中，该壳体30的材质可选自硅胶、橡胶及聚甲醛树脂等弹性材料中的一种。该壳体30的弹性度可保证该壳体30能够有效向所述剪切力传感单元21以及压力传感单元22传递压力和剪切力。本
技术领域：
的普通技术人员应当认识到，以上的实施方式仅是用来说明本发明，而并非用作为对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围之内，对以上实施例所作的适当改变和变化都落在本发明要求保护的范围之内。当前第1页1 2 3