一种差动式电容多维力传感器制造技术

本发明专利技术型公开了一种差动式电容多维力传感器，其由传感器主体、下感应层、PCB板、上感应层组成。下感应层和上感应层通过螺钉连接于传感器主体中心圆盘上。PCB板位于上、下感应层之间，并固定在传感器外壁内侧的PCB安装台上，且上、下感应层上的平行板电容动电极关于PCB板对称分布且都与PCB板保持一定间隙，并与PCB板上、下表面的平行板电容静电极形成差动式结构平行电极型电容器。PCB板上的左右垂直型电容静电极关于垂直型电容动电极对称分布且与垂直型电容动电极保持一定间隙，形成差动式结构垂直电极型电容器。本发明专利技术型采用两种差动式结构电容器，提高了电容多维力传感器灵敏度、线性度与抗干扰能力。

A differential capacitance multi-dimensional force sensor

【技术实现步骤摘要】
一种差动式电容多维力传感器
本专利技术属于传感器
，涉及力传感器，特别涉及一种差动式电容多维力传感器。
技术介绍
目前电容式六维力传感器大多基于平行板电容效应原理，其基本工作原理是测量两电极之间由于距离和介质等参数的变化而随之变化的电容值，通过电容值和力/力矩的数学关系式，换算出力/力矩的数值。这种电容式多维力传感器温度稳定性好、高阻抗、低功率、动态响应好以及结构简单。但其灵敏度受极板间距的影响较大，电容值会随着极板间距的增大而迅速减小，且容易受到电路噪声以及外界环境因素干扰。
技术实现思路
本专利技术的目的在于，针对目前电容式多维力传感器的不足，提出了一种差动式的电容多维力传感器，采用两种差动式结构电容器以提高电容式多维力传感器的抗干扰能力及灵敏度。一种差动式电容多维力传感器包括传感器主体1、下感应层2、PCB板3、上感应层4；所述传感器主体1至少包括变形梁5、传感器外壁6以及PCB板安装台7；所述变形梁5一端连接于传感器主体1的主体中心圆盘8外侧，另一端连接于传感器外壁6内侧，呈轮辐状分布；所述传感器外壁6上开有走线孔9，用于外部引线；所述PCB板安装台7设置于传感器外壁6内侧，且PCB板安装台7上设有第一螺纹孔22；所述下感应层2、上感应层4通过螺钉连接于传感器主体1的主体中心圆盘8上，主体中心圆盘8上设有第二螺纹孔23以及沉头孔24；所述PCB板3安装于PCB板安装台7上；所述传感器外壁6上设有第三螺纹孔25，用于传感器与外接法兰的连接。所述下感应层2上有下平行板电容动电极10，其数目为3，且一端固定连接于下感应层中心圆盘11外侧，另一端悬空。下感应层中心圆盘11上设有通孔26，用于将下感应层固定在主体1的主体中心圆盘8上。所述PCB板3至少包括下平行板电容静电极12、上平行板电容静电极13、左垂直型电容静电极14、右垂直型电容静电极15以及PCB板安装孔16。左垂直型电容静电极14与右垂直型电容静电极15均有两层，分别设置于PCB板3上下表面，且中间通过铜线连接，以提高传感器灵敏度。所述上感应层4至少包括上平行板电容动电极17、垂直型电容动电极18，其数目均为3，且都为一端固定连接于上感应层中心圆盘19外侧，另一端悬空，上感应层中心圆盘19设有第四螺纹孔27和第五螺纹孔28。第四螺纹孔27用于将其与下感应层2一起固定在主体1的主体中心圆盘8上。第五螺纹孔28用于传感器与外接法兰的连接。所述下平行板电容动电极10和上平行板电容动电极17关于PCB板3对称分布，且都与PCB板3保持一定间隙，并与下平行板电容静电极12及上平行板电容静电极13形成差动式结构平行电极型电容器20，其数目为3且绕Z轴均匀分布；所述左垂直型电容静电极14和右垂直型电容静电极15关于垂直型电容动电极18对称分布，且都与垂直型电容动电极18保持一定间隙，形成差动式结构垂直电极型电容器21，其数目为3且绕Z轴均匀分布。所述差动式结构平行电极型电容器20，当下平行板电容动电极10与下平行板电容静电极12距离改变Δd时，上平行板电容动电极17与上平行板电容静电极13距离改变-Δd；所述差动式结构垂直电极型电容器21，当左垂直型电容静电极14与垂直型电容动电极18距离改变Δh时，右垂直型电容静电极15与垂直型电容动电极18的距离改变-Δh。本专利技术的特点和有益效果在于：构成差动式结构平行电极型电容器20的一对电容器零点电容值与噪声电容值均分别为C0与CC。当下平行板电容动电极10与下平行板电容静电极12距离改变Δd时，上平行板电容动电极17与上平行板电容静电极13距离改变-Δd。对应的电容量分别为-ΔC1与ΔC2，以电容量差值C1-C2作为输出信号，则电容的改变量为(C0+CC-ΔC1)-(C0+CC+ΔC2)即-ΔC1-ΔC2。构成差动式垂直极电极型电容器21的一对电容器零点电容值与噪声电容值均分别为C0'与CC'。当左垂直型电容静电极14与垂直型电容动电极18距离改变Δh时，右垂直型电容静电极15与垂直型电容动电极18的距离改变-Δh。对应的电容量分别为与-ΔC3与ΔC4，以电容量差值C3-C4作为输出信号，则电容的改变量为(C0'+CC'-ΔC3)-(C0'+CC'+ΔC4)即-ΔC3-ΔC4。从而采用两种差动式结构电容器提高了电容式多维力传感器的灵敏度，同时减小了由静电引力噪声电容，提高了抗干扰能力。附图说明图1为本专利技术整体结构爆炸图；图2为本专利技术差动式结构平行电极型电容器示意图；图3为本专利技术差动式结构垂直电极型电容器示意图；图4为本专利技术PCB板Z轴正向且绕Z逆时针旋转120°示意图；图5为本专利技术传感器主体底部斜视示意图；附图中：1.传感器主体；2.下感应层；3.PCB板；4.上感应层；5.变形梁；6.传感器外壁；7.PCB板安装台；8.主体中心圆盘；9.走线孔；10.下平行板电容动电极；11.下感应层中心圆盘；12.下平行板电容静电极；13.上平行板电容静电极；14.左垂直型电容静电极；15.右垂直型电容静电极；16.PCB板安装孔；17.上平行板电容动电极；18.垂直型电容动电极；19.上感应层中心圆盘；20.差动式结构平行电极型电容器；21.差动式结构垂直电极型电容器；22.第一螺纹孔；23.第二螺纹孔；24.沉头孔；25.第三螺纹孔；26.通孔；27.第四螺纹孔；28第五螺纹孔。具体实施方式为了更好地理解本专利技术，在下文将结合附图对本专利技术的示范性实施例进行描述。如附图1至5所示，一种差动式电容多维力传感器包括传感器主体1、下感应层2、PCB板3、上感应层4；所述传感器主体1至少包括变形梁5、传感器外壁6以及PCB板安装台7；所述变形梁5一端连接于传感器主体主体中心圆盘8外侧，另一端连接于传感器外壁6内侧，呈轮辐状分布；所述传感器外壁6上开有走线孔9，用于外部引线；所述PCB板安装台7设置于传感器外壁6内侧，且PCB板安装台7上设有第一螺纹孔22；所述下感应层2、上感应层4通过螺钉连接于传感器主体1的主体中心圆盘8上，主体中心圆盘8上设有第二螺纹孔23以及沉头孔24；所述PCB板3安装于PCB板安装台7上；所述传感器外壁6上设有第三螺纹孔25，用于传感器与外接法兰的连接。所述下感应层2上有下平行板电容动电极10，其数目为3，且一端固定连接于下感应层中心圆盘11外侧，另一端悬空。下感应层中心圆盘11上设有通孔26，用于将下感应层固定在主体1的主体中心圆盘8上。所述PCB板3至少包括下平行板电容静电极12、上平行板电容静电极13、左垂直型电容静电极14、右垂直型电容静电极15以及PCB板安装孔16。左垂直型电容静电极14与右垂直型电容静电极15均有两层，分别设置于PCB板3上下表面，且中间通过铜线连接，以提高传感器灵敏度。所述上感应层4至少包括上平行板电容动电极17、垂直型电容动电极18，其数目均为3，且都为一端固定连接于上感应层中心圆盘19外侧，另一端悬空，上感应层中心圆盘本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种差动式电容多维力传感器，其特征在于：它至少包括传感器主体(1)、下感应层(2)、PCB板(3)、上感应层(4)；所述传感器主体(1)至少包括变形梁(5)、传感器外壁(6)以及PCB板安装台(7)；所述变形梁(5)一端连接于传感器主体主体中心圆盘(8)外侧，另一端连接于传感器外壁(6)内侧，呈轮辐式分布；所述传感器外壁(6)上开有走线槽(9)；所述PCB板安装台(7)设置于传感器外壁(6)内侧；所述下感应层(2)、上感应层(4)通过螺钉连接于传感器主体(1)的主体中心圆盘(8)上；所述PCB板(3)安装于PCB板安装台(7)上。/n

【技术特征摘要】
1.一种差动式电容多维力传感器，其特征在于：它至少包括传感器主体(1)、下感应层(2)、PCB板(3)、上感应层(4)；所述传感器主体(1)至少包括变形梁(5)、传感器外壁(6)以及PCB板安装台(7)；所述变形梁(5)一端连接于传感器主体主体中心圆盘(8)外侧，另一端连接于传感器外壁(6)内侧，呈轮辐式分布；所述传感器外壁(6)上开有走线槽(9)；所述PCB板安装台(7)设置于传感器外壁(6)内侧；所述下感应层(2)、上感应层(4)通过螺钉连接于传感器主体(1)的主体中心圆盘(8)上；所述PCB板(3)安装于PCB板安装台(7)上。


2.根据权利要求1所述的一种差动式电容多维力传感器，其特征在于：所述下感应层(2)上有下平行板电容动电极(10)，一端固定连接于下感应层中心圆盘(11)外侧，另一端悬空。


3.根据权利要求1所述的一种差动式电容多维力传感器，其特征在于：所述PCB板(3)至少包括下平行板电容静电极(12)、上平行板电容静电极(13)、左垂直型电容静电极(14)、右垂直型电容静电极(15)以及PCB板安装孔(16)。


4.根据权利要求1所述的一种差动式电容多维力传感器，其特征在于：所述上感应层(4)至少包括上平行板电容动电极(17)、垂直型电容动电极(18)，其均为一端固定连接于上感应层中心圆盘(...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒲明辉，胡世通，潘海鸿，王奉阳，陈琳，梁旭斌，
申请(专利权)人：广西大学，
类型：发明
国别省市：广西;45