一种具有局部硬度差异的高敏感性力传感器

1.本发明属于力传感器技术领域，具体涉及一种具有局部硬度差异的高敏感性力传感器。


背景技术：

2.力传感器是将力的量值转换为相关电信号的器件。力传感器能检测张力、拉力、压力、重量、扭矩、内应力和应变等力学量。力传感器一般由三个部件组成：力敏元件(即弹性体，常见的材料有铝合金，合金钢和不锈钢)、转换元件(最为常见的是电阻应变片)和电路部分(一般有漆包线，pcb板等)。
3.按照原理和工艺的不同，力传感器分为：被测力使弹性体(如弹簧、梁、波纹管、膜片等)产生相应的位移，通过位移的测量获得力的信号；弹性构件和应变片共同构成传感器，应变片牢固粘贴在构件表面上，弹性构件受力时产生形变，使应变片电阻值变化(发生应变时，应变片几何形状和电阻率发生改变，导致电阻值变化)，通过电阻测量获得力的信号。应变片可由金属箔制成，也可由半导体材料制成；利用压电效应测力，通过压电晶体把力直接转换为置于晶体两面电极上的电位差；力引起机械谐振系统固有频率变化，通过频率测量获取力的相关信息；通过电磁力与待测力的平衡，由平衡时相关电磁参数获得力的信息。
4.部分力传感器在使用时，弹性构件与应变片垂直设置，当弹性构件发生位移时，会挤压应变片，使应变片发生形变，现有技术中的应变片主要为金属箔或半导体材料制成，当弹性件发生较大程度位移时，易造成应变片的损害，从而影响力传感器的使用。公开号为：cn104364625a的中国发明公开了包括具有局部硬度差异的传感器板的力传感器，该传感器包括至少一个测量电阻器布置在其中的传感器板，通过测量电阻器可以检测到传感器板的由于待测量的力引起的变形，传感器板包括通过其影响传感器板的变形性能的至少一个局部弱化区域，弱化区域导致传感器板中的力的通量分流并且使力集中在传感器板的非弱化部分处，至少一个测量电阻器优选地布置在传感器板的此非弱化变形部分处，至少一个弱化区域限定其彼此至少分段地分离的传感器板部分，传感器板部分暴露于反作用力，其能够很好的解决应变片受到较大程度形变时，发生损坏的问题。但其在测量时都是假设将被测物放置于圆盘的中心处，当被测物设于圆盘的边缘时，易造成圆盘出现半边负重倾斜的情况，从而容易造成圆盘上的弹性构件与应变片之间的角度发生变化，弹性构件与应变片的角度小于90
°
，进而导致弹性构件倾斜挤压应变片，易造成应变片的损坏，从而影响正常的测量结果。
5.因此，针对上述技术问题，有必要提供一种具有局部硬度差异的高敏感性力传感器。


技术实现要素：

6.本发明的目的在于提供一种具有局部硬度差异的高敏感性力传感器，以解决上述
的被测物没有放置于圆盘中心时，易出现弹性构件倾斜挤压应变片，造成应变片损坏影响测量的问题。
7.为了实现上述目的，本发明一实施例提供的技术方案如下：
8.一种具有局部硬度差异的高敏感性力传感器，包括外壳，所述外壳内设有内腔，所述内腔内安装有安装组件，所述安装组件内设有应变片和芯片，所述内腔内滑动连接有圆盘，所述圆盘上设有防倾缓冲腔，所述防倾缓冲腔内设有限位件，所述限位件上连接有承载机构；
9.所述承载机构包括连接件，所述连接件位于防倾缓冲腔内的一端开凿有活动腔，所述连接件位于活动腔内的侧壁上连接有次级线圈，所述限位件内设有与次级线圈相匹配的初级线圈，所述连接件内设有纠正腔，所述纠正腔内设有多个防倾纠正机构。
10.进一步地，所述应变片设于芯片的上侧，且应变片与芯片电性连接，便于通过应变片的形变而确定力的大小。
11.进一步地，所述圆盘位于内腔内的一端上连接有弹性件，所述弹性件的侧壁上连接有挤压件，通过弹性件上的挤压机挤压应变片，使得应变片发生形变，从而可以测量力的大小。
12.进一步地，所述应变片上设有与弹性件相匹配的通槽，所述弹性件贯通通槽设置。
13.进一步地，所述圆盘内设有电源和报警器，所述电源分别与初级线圈、次级线圈和防倾纠正机构电性连接。
14.进一步地，所述防倾纠正机构包括接触板，所述接触板与连接件之间连接有弹性线圈，弹性线圈与电源电性连接，当接触板受到纠正滚动球的挤压时，在弹性线圈的作用下可以收缩。
15.进一步地，所述连接件位于纠正腔内的侧壁上连接有与弹性线圈相匹配的阻挡杆，所述弹性线圈套设于阻挡杆的外侧，阻挡杆用于阻挡接触板的滑动，从而使得接触板在受到纠正滚动球的挤压时可以与触片相接触，所述阻挡杆的长度小于弹性线圈的长度，便于限位接触板的滑动。
16.进一步地，所述阻挡杆的数量为六个，六个所述阻挡杆呈圆周均匀分布，便于全方位的发出警报，避免连接件出现倾斜的问题。
17.进一步地，所述连接件内设有与接触板相匹配的触片，所述触片与报警器电性连接，当纠正滚动球挤压接触板运动时，接触板与触片接触，使得接触板、触片、弹性线圈、电源和报警器形成闭合回路，报警器可发出警报。
18.进一步地，所述纠正腔的中心处设有纠正滚动球，纠正滚动球用于触发接触板和触片，所述纠正滚动球的上侧设有磁铁块，便于固定纠正滚动球的位置，避免纠正滚动球在正常使用时出现偏转的问题。
19.与现有技术相比，本发明具有以下优点：
20.本发明通过圆盘内防倾纠正机构的设置，圆盘上的被测物放置倾斜时，防倾纠正机构开始工作，避免圆盘出现倾斜的问题，从而可以避免圆盘上连接的弹性构件与应变片发生角度变化，避免弹性构件倾斜挤压应变片的情况出现，从而可以进行更好的测量。
附图说明
21.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
22.图1为本发明一实施例中一种具有局部硬度差异的高敏感性力传感器的剖面图；
23.图2为本发明一实施例中图1中a处结构示意图；
24.图3为本发明一实施例中图1中b处结构示意图；
25.图4为本发明一实施例中图1中c处结构示意图；
26.图5为本发明一实施例中一种具有局部硬度差异的高敏感性力传感器的立体图；
27.图6为本发明一实施例中一种具有局部硬度差异的高敏感性力传感器的部分结构示意图；
28.图7为本发明一实施例中圆盘的立体图。
29.图中：1.外壳、101.内腔、102.安装组件、103.应变片、104.芯片、2.圆盘、201.防倾缓冲腔、202.限位件、203.弹性件、204.初级线圈、205.电源、3.承载机构、301.连接件、302.吸盘、303.活动腔、304.次级线圈、305.纠正腔、306.接触板、307.弹性线圈、308.阻挡杆、309.触片、310.磁铁块、311.非牛顿流体、312.弹性金属、4.纠正滚动球。
具体实施方式
30.以下将结合附图所示的各实施方式对本发明进行详细描述。但该等实施方式并不限制本发明，本领域的普通技术人员根据该等实施方式所做出的结构、方法、或功能上的变换均包含在本发明的保护范围内。
31.本发明公开了一种具有局部硬度差异的高敏感性力传感器，参图1-图7所示，包括外壳1、滑动设于外壳1内的圆盘2、安装于圆盘2上的承载机构3以及纠正滚动球4。
32.参图1所示，外壳1内设有内腔101，内腔101内安装有安装组件102，用于安装电路元件，安装组件102内设有应变片103和芯片104，当应变片103发生形变时，应变片103的阻值会发生相应的变化，利用应变片103阻值的变化测量出圆盘2受到的力，应变片103设于芯片104的上侧，且应变片103与芯片104电性连接，便于通过应变片103的形变来确定力的大小。
33.参图1-图6所示，内腔101内滑动连接有圆盘2，圆盘2上设有防倾缓冲腔201，为承载机构3倾斜提供了一定的空间，防倾缓冲腔201内设有限位件202，用于限位承载机构3的倾斜，圆盘2位于内腔101内的一端上连接有弹性件203，当承载机构3受到挤压时，承载机构3会挤压圆盘2，使得圆盘2向下滑动，从而可以带动弹性件203向下移动，弹性件203的侧壁上连接有挤压件，当弹性件203向下移动时，弹性件203侧壁上的挤压件可以挤压应变片103，使得应变片103的阻值发生变化，芯片104可以精准的测量出阻值的变化，从而确定圆盘2承受的压力大小，应变片103上设有与弹性件203相匹配的通槽，弹性件203贯通通槽设置。
34.其中，圆盘2内设有电源205和报警器，电源205为24v，报警器的工作电压为24v，为人体安全电压，避免使用者触电，电源205分别与初级线圈204和次级线圈304电性连接，电
源205可使初级线圈204和次级线圈304通电产生磁力，也可使防倾纠正机构进行报警，圆盘2上设有无线信号发射端，无线发射端设有相对应的无线信号接收端，无线信号接收端设有控制装置，使用者可通过无线信号接收端的控制装置控制电源205。
35.参图1-图7所示，限位件202上连接有承载机构3，承载机构3包括连接件301，连接件301位于防倾缓冲腔201内的一端开凿有活动腔303，用于容纳限位件202，连接件301位于活动腔303内的侧壁上连接有次级线圈304，限位件202内设有与次级线圈304相匹配的初级线圈204，当使用者需要使用传感器时，通过无线信号接收端的控制装置，控制电源205，电源205从而可以控制初级线圈204和次级线圈304通电，使得初级线圈204和次级线圈304可以通电产生强磁，初级线圈204与次级线圈304的电流流向相反，从而使得初级线圈204和次级线圈304产生同性磁性，利用同性磁性相互排斥的原理，使得连接件301与限位件202之间产生空隙，使得连接件301变成悬浮状态，用于为倾斜提供一定的缓冲空间，且初级线圈204与次级线圈304之间的斥力大于外壳1的最大测量范围，避免因测量过程中，次级线圈304与限位件202之间的发生相对位移，而造成测量不准确的问题。
36.参图1-图4所示，连接件301内设有纠正腔305，纠正腔305为环形腔，可以对承载机构3进行360
°
的倾斜纠正，纠正腔305内设有多个防倾纠正机构，用于避免连接件301出现倾斜的问题，防倾纠正机构包括接触板306，接触板306为导电材质，接触板306与连接件301之间连接有弹性线圈307，弹性线圈307与电源205电性连接，当接触板306受到纠正滚动球4的挤压时，在弹性线圈307的作用下可以收缩，连接件301位于纠正腔305内的侧壁上连接有与弹性线圈307相匹配的阻挡杆308，弹性线圈307套设于阻挡杆308的外侧，阻挡杆308用于阻挡接触板306的滑动，从而使得接触板306在受到纠正滚动球4的挤压时可以与触片309相接触，阻挡杆308的长度小于弹性线圈307的长度，便于限位接触板306的滑动，阻挡杆308的数量为六个，六个阻挡杆308呈圆周均匀分布，便于全方位的倾斜纠正，避免连接件301出现倾斜的问题，连接件301内设有与接触板306相匹配的触片309，触片309与报警器电性连接，当纠正滚动球4挤压接触板306运动时，接触板306与触片309接触，使得接触板306、触片309、弹性线圈307、电源205和报警器形成闭合回路，报警器可发出警报，用于提醒使用者被测物放置倾斜，及时重新放置。
37.参图3-图4所示，纠正腔305的中心处设有纠正滚动球4，当连接件301出现倾斜时，纠正滚动球4可以向倾斜端进行滚动，从而可以利用纠正滚动球4触发接触板306和触片309，使得接触板306、触片309、弹性线圈307、电源205和报警器形成闭合回路，报警器可发出警报，用于提醒使用者重新放置被测物，纠正滚动球4的上侧设有磁铁块310，便于固定纠正滚动球4的位置，避免纠正滚动球4在正常使用时出现偏转的问题，吸盘302内设有非牛顿流体311和弹性金属312，用于增加吸盘302的整体强度，同时也利于增加吸盘302与被测物之间的接触。
38.具体使用时，使用者通过无线信号接收端的控制装置，控制电源205，电源205可以控制初级线圈204和次级线圈304通电，初级线圈204和次级线圈304通电后产生相斥的磁性，从而使得连接件301处于悬浮状态，使用者将被测物放置于吸盘302上，吸盘302被挤压发生形变，用于更好的与被测物进行接触，若放置没有倾斜，吸盘302产生的磁性挤压初级线圈204产生的磁性，由于磁性大于外壳1的测量范围，磁性使得圆盘2向下滑动，圆盘2带动弹性件203上的挤压件挤压应变片103，使得应变片103发生形变，利用芯片104进行测量；若
被测物放置倾斜，连接件301会出现一定的变化，连接件301内的纠正滚动球4向倾斜端滚动，纠正滚动球4挤压纠正腔305内的接触板306，接触板306在弹性线圈307的作用下收缩，接触板306与阻挡杆308相接触，同时接触板306与触片309相接触，从而使得接触板306、弹性线圈307、触片309、电源205和报警器形成闭合回路，使得报警器可以发出警报，用于提醒使用者被测物放置倾斜，使用者重新放置即可。
39.由以上技术方案可以看出，本发明具有以下有益效果：
40.本发明通过圆盘上防倾纠正机构的设置，圆盘上的被测物放置倾斜时，防倾纠正机构开始工作，避免圆盘出现倾斜的问题，从而可以避免圆盘上连接的弹性构件与应变片发生角度变化，避免弹性构件倾斜挤压应变片的情况出现，从而可以进行更好的测量。
41.对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
42.此外，应当理解，虽然本说明书按照实施例加以描述，但并非每个实施例仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。