CN109855774B - 一种分层的电容式多维力传感器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种分层的电容式多维力传感器，其由变形层、测量层组成。变形层主要包括变形层外圈、变形层内圈以及蛇形结构变形梁。变形层内圈上设有螺纹孔和通孔，分别用于连接测量层和输入轴。变形层外圈上设有沉头孔，用于外负载的连接。测量层上有传感器动电极部分和测量内圈，传感器动电极部分包括垂直型感应电容器动电极部分和平行板感应电容器动电极部分。本发明采用测量层与变形层上下分层分布，测量层和变形层可以使用不同材料，同时使得传感器更容易加工，降低制作成本、提高加工精度，从而可以提高传感器测量精度。
Description
技术领域
本发明属于传感器技术领域，涉及力传感器，特别涉及一种分层的电容式多维力传感器。
背景技术
多维力传感器能够实现空间多维力信号的测量，其作为实现工业智能化最重要的传感器之一，广泛应用在机械加工、汽车制造、智能化机器人以及航空航天等领域。力传感器种类较多，按力信号产生的方式可分为应变式、压电式、压磁式、光学式与电容式等。目前市场上较为成熟的力传感器主要是电磁式和应变式。电磁式力传感器输出信号的本质是两路具有相位差的角位移信号，通过对信号进行组合处理后得到力信息；该传感器是一种无磨损的非接触式传感器，但由于体积较大，无法应用于机器人当中。应变式灵敏度较高、响应较快，然而其结构与电路设计复杂，力解耦困难，需要额外的A/D转化器，需要精密粘贴应变片，而且应变片容易损坏，以及对电磁噪声过于灵敏。
电容式力传感器具有温度稳定性好、结构简单，适应性强、静电引力小、动态响应好，且能够实现非接触式检测等优点。然而目前电容式多维力传感器主体结构加工起来极为复杂，导致加精度不高，从而影响测量精度。
发明内容
本发明的目的在于，针对目前电容式多维力传感器的不足，提出了一种分层的电容式多维力传感器，采用测量层与变形层上下分层分布。
为了实现上述目标，本发明采用的技术方案如下：
一种分层的电容式多维力传感器，它主要由变形层1、测量层2组成；所述变形层1至少包括变形层外圈3、变形层内圈4、蛇形结构变形梁5、过载保护梁6；所述变形层内圈4上设有螺纹孔7和通孔8；所述测量层2至少包括测量层内圈9、平行板感应电容器动电极部分10、垂直型感应电容器动电极部分11；平行板感应电容器动电极部分10与垂直型感应电容器动电极部分11数量均为4个，且都均匀分布于测量层内圈9外侧。测量层2其通过螺纹孔7固定连接于变形层内圈4上；所述蛇形结构变形梁5沿着变形层内圈4外侧呈轮辐式分布；所述过载保护梁6为连接于变形层内圈4外缘的悬臂梁，且沿变形层内圈4外侧均匀分布，用于安装过载保护装置。
本发明的特点和有益效果在于：
本发明采用测量层与变形层上下分层分布，测量层和变形层可以使用不同材料，同时使得传感器更容易加工，降低传感器成本、提高加工精度，从而提高传感器的测量精度。
附图说明
图1为本发明的立体分解图；
图2为本发明的组装图；
附图中：1.变形层；2.测量层；3.变形层内圈；4.变形层外圈；5.蛇形结构变形梁；6.过载保护梁；7.螺纹孔；8.通孔；9.测量层内圈；10.平行板感应电容器动电极部分；11.垂直型感应电容器动电极部分。
具体实施方式
为了更好地理解本发明，在下文将结合附图对本发明的示范性实施例进行描述。
如附图1至2所示，一种分层的电容式多维力传感器，它主要由变形层1、测量层2组成；所述变形层1至少包括变形层外圈3、变形层内圈4、蛇形结构变形梁5、过载保护梁6；所述变形层内圈4上设有螺纹孔7和通孔8；所述测量层2至少包括测量层内圈9、平行板感应电容器动电极部分10、垂直型感应电容器动电极部分11；平行板电容动电极部分10与垂直型电容动电极部分11数量均为4个，且都均匀分布于测量层内圈9外侧。测量层2其通过螺纹孔7固定连接于变形层内圈4上；所述蛇形结构变形梁5沿着变形层内圈4外侧呈轮辅式分布，其一端连接于变形层外圈3内侧，另一端连接于变形层内圈4内侧；所述过载保护梁6为连接于变形层内圈4外缘的悬臂梁，且沿变形层内圈4外侧均匀分布，用于安装过载保护装置。图中蛇形结构变形梁5数目为4，但在实际生产过程中，可以根据弹性力的大小调整蛇形结构形变形梁5的数目。
本发明的工作过程如下：变形层内圈4受到外部载荷，通过蛇形结构变形梁5传递到变形层外圈3，在传递里过程中，蛇形结构变形梁5发生形变使测量层2发生微小偏转，从而导致电容的极距变化，使电容器的电容值发生改变，通过检测电路采集电容量的改变值，最后通过相应的解耦公式算出各个方向的力。
最后说明的是以上仅是本发明的优选实施方式，而本发明并非仅局限于以上实施例，还可以做各种修改或变形。因此，说明书和附图应被认为是说明性的而非限制性的。凡运用本发明原理所研究的等效技术变化，均包含于本发明的专利范围内。
Claims (2)
1.一种分层的电容式多维力传感器，其特征在于：它至少包括变形层(1)、测量层(2)；所述变形层(1)至少包括变形层外圈(3)、变形层内圈(4)、蛇形结构变形梁(5)、过载保护梁(6)；所述变形层内圈(4)上设有螺纹孔(7)和通孔(8)；所述测量层(2)通过螺纹孔(7)固定连接于变形层内圈(4)上；所述蛇形结构变形梁(5)一端连接于变形层外圈(3)内侧，另一端连接于变形层内圈(4)外侧；所述过载保护梁(6)为连接于变形层内圈(4)外缘的悬臂梁，用于安装过载保护装置，所述测量层(2)与所述变形层(1)上下分层的分体式结构分布，所述测量层(2)和所述变形层(1)由不同的材料制成。
2.根据权利要求1所述的一种分层的电容式多维力传感器，其特征在于：所述测量层(2)至少包括测量层内圈(9)、平行板感应电容器动电极部分(10)、垂直型感应电容器动电极部分(11)，所述平行板感应电容器动电极部分(10)位于所述过载保护梁(6)的上方，所述垂直型感应电容器动电极部分(11)位于所述蛇形结构变形梁(5)的上方。
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