CN101982864B - 可变电容器的可动电极、压力传感器及血压测量设备 - Google Patents

可变电容器的可动电极、压力传感器及血压测量设备 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种可变电容器的可动电极，包括板状的压力感应部和在其径向上设置的弹性形变部，所述压力感应部和弹性形变部连为一体，当所述压力感应部在轴向受力时，所述弹性形变部能够发生相应的形变并使所述压力感应部沿轴向移动。本发明还公开了采用上述可动电极的电极装置、压力传感器及采用该压力传感器的压力计及其制作方法。采用本发明，压力传感器的零件数更少、组装工序更简单、生产效率更高，制造成本更低。

Description

可变电容器的可动电极、压力传感器及血压测量设备
【技术领域】
本发明涉及一种可变电容器的可动电极、静电电容型压力传感器及及血压测量设备。具体涉及静电电容型压力传感器的可动电极、电极装置、压力传感器及采用该压力传感器的压力计，特别适合于测量血压。
【技术背景】
目前使用于电子血压计的压力传感器分为两类，一类是半导体硅压力传感器，另一类是静电电容型压力传感器。
典型的静电电容型压力传感器，如日本发明专利：静电电容型压力传感器的制造方法，特开平6-307959，如图1所示。此发明提出的静电电容型压力传感器包括基座10、固定在基座10上的气嘴11和波纹板12、固定于基座的固定电极板15、与固定电极板15平行设置的可动电极板14。其中，可动电极板14通过焊锡13焊接在波纹板12上。
本发明的发明人提出了一种公开号为CN1932460、发明名称为“静电电容型压力传感器和应用此传感器的血压计”的中国专利。如图2和图3所示，该中国专利的压力传感器由基座组件201、波纹板202、可动电极203和固定电极21组成。其中，基座组件201是一个集气嘴201c、基座201b、可动电极接线柱201a为一体的五金零件，可动电极203通过焊锡固定在波纹板12上。
但是，在上述现有技术中，由于波纹板和可动电极的尺寸较小，波纹板和可动电极之间焊接上的困难，直接影响了传感器生产效率的提高。另外，波纹板和可动电极之间的焊锡误差又可能导致传感器的固定电极与可动电极之间的平行度误差和距离误差，影响传感器的线性，从而影响传感器的精度。
【发明内容】
本发明的目的在于提供一种组装工序更简单、能够使生产效率更高的可变电容器的可动电极、压力传感装置、静电电容型压力传感器及其制作方法，以提高传感器的制造精度及传感器的可靠性，降低传感器的制造成本。
进一步地，本发明的另一目的在于提供一种应用此发明的静电电容型压力传感器的压力计。
实现上述目的的技术方案：
为了更准确地描述本发明的技术方案，对“轴向”和“径向”分别定义如下：
轴向：是指与板面垂直的方向。
径向：是指板面上的与轴向垂直的方向。
一种可变电容器的可动电极，包括板状的压力感应部和在其径向上设置的弹性形变部，所述压力感应部和弹性形变部连为一体，当所述压力感应部在轴向受力时，所述弹性形变部能够发生相应的形变并使所述压力感应部沿轴向移动。
一种压力传感装置，包括气嘴、基座和压力传感元件，所述基座上设置气嘴，所述压力传感元件包括板状的压力感应部和在其径向上设置的弹性形变部，所述压力感应部和弹性形变部连为一体，当所述压力感应部在轴向受力时，所述弹性形变部能够发生相应的形变并使所述压力感应部沿轴向移动；所述压力传感元件通过所述弹性形变部与基座密封固定；所述压力感应部、弹性形变部和基座之间形成一个可容纳气体的气室；所述气嘴与所述气室相通。
一种静电电容型压力传感器，包括压力传感装置和固定电极，所述压力传感装置包括气嘴、基座和可动电极，所述基座上设置气嘴，所述可动电极包括板状的压力感应部和在其径向上设置的弹性形变部，所述压力感应部和弹性形变部连为一体，当所述压力感应部在轴向受力时，所述弹性形变部能够发生相应的形变并使所述压力感应部沿轴向移动；所述可动电极通过所述弹性形变部与基座密封固定；所述压力感应部、弹性形变部和基座之间形成一个可容纳气体的气室；所述压力感应部的一侧相对于所述固定电极平行设置；所述压力感应部的另一侧、弹性形变部和基座形成一个可容纳气体的气室；所述气嘴与所述气室相通。
一种电子压力计，包括静电电容型压力传感器和微处理器，所述静电电容型压力传感器包括压力传感装置和固定电极，所述压力传感装置包括气嘴、基座和可动电极，所述基座上设置气嘴，其特征在于：所述可动电极包括板状的压力感应部和在其径向上设置的弹性形变部，所述压力感应部和弹性形变部连为一体，当所述压力感应部在轴向受力时，所述弹性形变部能够发生相应的形变并使所述压力感应部沿轴向移动；所述可动电极通过所述弹性形变部与基座密封固定；所述压力感应部、弹性形变部和基座之间形成一个可容纳气体的气室；所述压力感应部的一侧相对于所述固定电极平行设置；所述压力感应部的另一侧、弹性形变部和基座形成一个可容纳气体的气室；所述气嘴与所述气室相通；所述可动电极与固定电极之间的静电电容信号输入微处理器。
进一步地，当所述压力感应部的轴向受力的大小不超过预设范围时，所述压力感应部所具有的厚度是能够使压力感应部不发生形变或发生的形变不超过允许的范围。
进一步地，上述弹性形变部的截面(A-A)的形状可以是具有曲线形、波纹形、折线形、或台阶式的结构或者是它们的混合结构。
进一步地，所述弹性形变部的厚度小于所述压力感应部，所述弹性形变部是通过冲压加工的方式使被加工部位变薄后形成的。
进一步地，所述电极板上还设置有可动电极固定位，所述可动电极固定位设置在所述弹性形变部的外围，所述电极通过所述可动电极固定位与基座密封固定。
所述基座是导体，所述气嘴是从所述基座的中部整体延伸而成；还包括从基座上整体延伸而成的可动电极接线柱，气嘴、基座和可动电极接线柱为一整体结构。
所述电极板上还设置有可动电极固定位，所述可动电极固定位设置在所述弹性形变部的外围，所述电极通过所述可动电极固定位与基座密封固定。
一种静电电容型压力传感器的制作方法，包括如下步骤：
步骤一：采用导体制作基座，且在基座上向外延伸出气嘴，从而形成一体化的基座组件；
步骤二：在一电极板上预留出所需形状的电极；
步骤三：在预留电极的外围电极板上加工出弹性形变部，使得当作用在电极上的压力发生变化时，所述弹性形变部能够发生形变；
步骤四：将所述电极通过所述弹性形变部与基座密封固定，并使电极、弹性形变部和基座形成一个可容纳气体的气室；
步骤五：制作所需形状的固定电极；
步骤六：将所述电极正对固定电极且平行设置固定，使得当从气嘴进入气室内的压强变化时，能够通过所述弹性形变部的形变来改变所述电极与固定电极之间的间距，从而改变压力传感器的静电电容。
进一步地，所述加工出弹性形变部的方法是通过冲压的方式使被加工部位变薄，并加工成截面(A-A)的形状具有曲线形、波纹形、折线形、或台阶式的结构或它们的混合结构。
进一步地，所述加工出弹性形变部的方法是通过冲压的方式使被加工部位变薄，并加工成截面(A-A)的形状具有曲线形、波纹形、折线形、或台阶式的结构或它们的混合结构。
采用上述技术方案，本发明的有益技术效果：
由于可动电极由板状的压力感应部及其径向上连为一体的弹性形变部组成，当压力感应部在轴向受力时，弹性形变部能够发生相应的形变并使所述压力感应部沿轴向移动。压力感应部与弹性形变部之间不存在焊接问题，巧妙地避免了现有技术中可动电极与波纹板之间因焊接所带来的一系列技术问题，既不存在焊锡误差，组装工序更简单，安装精度高，又可以提高传感器的制作效率。
下面结合附图对本发明的静电电容型压力传感器作进一步的详细描述。
【附图说明】
图1是现有技术一种静电电容型压力传感器的结构示意图。
图2是现有技术另一种静电电容型压力传感器的结构示意图。
图3是图2的立体分解图。
图4是一种静电电容型压力传感器的可动电极的结构示意图。
图5是图4的A-A剖视图。
图6是另一种静电电容型压力传感器的可动电极的结构示意图。
图7是图6的A-A剖视图。
图8是又一种静电电容型压力传感器的可动电极的结构示意图。
图9是图8的A-A剖视图。
图10是又一种静电电容型压力传感器的可动电极的结构示意图。
图11是图10的A-A剖视图。
图12是一种静电电容型压力传感器的立体分解图。
图13是图12的装配结构示意图。
图14是图12的局部剖视图。
图15是图12倒置后的立体分解图。
图16是使用本发明静电电容型压力传感器的电子血压测量设备结构框图。
【具体实施方式】
实施例一
一种可变电容器的可动电极，如图4和图5所示，包括板状的压力感应部101、在压力感应部101的径向上设置的弹性形变部102和固定部位103。压力感应部101、弹性形变部102和固定部位103是一次性加工而成的整体结构。压力感应部101的厚度应能保证当压力感应部101的轴向受力的大小不超过预设值时，能够使压力感应部101不发生形变或发生的形变不超过允许的范围。弹性形变部102的截面(A-A)的形状具有曲线形结构，相对于压力感应部101来说，弹性形变部102的厚度尽量加工成薄型结构，使得当压力感应部101在轴向受力时，弹性形变部102能够发生相应的形变并使压力感应部101沿轴向移动。
上述可变电容器的可动电极的制作方法，包括如下步骤：
步骤一：在一电极板上预留出所需形状的压力感应部101；
步骤二：在预留压力感应部101的径向的外围电极板上通过冲压的方式使被加工部位变薄，并加工出所需形状的弹性形变部102，使得当作用在压力感应部101轴向上的压力发生变化时，所述弹性形变部102能够发生相应的形变并使压力感应部101沿轴向移动。
实施例二
另一种可变电容器的可动电极，结合图6和图7，包括压力感应部201、弹性形变部202和固定部位203。本实施例与实施例一的不同之处在于弹性形变部202的截面形状不同：实施例一的弹性形变部102的截面形状是向外凸的曲线(即弹性形变部102为向外凸的曲面)，而本实施例的弹性形变部202的截面形状是内凹的曲线(即弹性形变部202为向内凹的曲面)。其它结构和制作方法同实施例一。
本领域的技术人员能够理解，为了使弹性形变部受力时能够产生弹性形变，弹性形变部可以采用实施例一和实施例二两种曲面相结合的方式。即，弹性形变部的曲面可以是波纹形曲面，相应的，弹性形变部的截面形状可以是波纹形结构。进一步地，为了实现受力时的弹性性变，弹性形变部除了采用曲面结构外，弹性形变部的截面形状也可以是其它非直线形结构，如台阶式的结构或折线形的结构。
实施例三
又一种可变电容器的可动电极，结合图8和图9，包括压力感应部301、弹性形变部302和固定部位303。本实施例与实施例一的不同之处在于弹性形变部302的截面形状不同：在本实施例中，弹性形变部302的截面形状是台阶式的结构。在制作弹性形变部302时，将被加工部位冲压成台阶式的结构。其它结构和制作方法同实施例一。
实施例四
又一种可变电容器的可动电极，结合图10和图11，包括压力感应部401、弹性形变部402和固定部位403。本实施例与实施例一的不同之处在于弹性形变部402的截面形状不同：在本实施例中，弹性形变部402的截面形状基本呈折线形结构。在制作弹性形变部402时，将被加工部位冲压成折线形的结构。其它结构和制作方法同实施例一。
实施例五
一种静电电容型压力传感器，结合图12-15，包括上屏蔽罩1、压力传感装置、固定电极7和下屏蔽罩9。其中，压力传感装置包括气嘴2、基座3、可动电极和可动电极接线柱11，基座3上设置气嘴2。可动电极包括板状的压力感应部4、在压力感应部4的径向上设置的弹性形变部5和固定部位6。压力感应部4、弹性形变部5和固定部位6是一次性加工而成的整体结构。压力感应部4的厚度应能保证当压力感应部4的轴向受力的大小不超过预设值(检测压力的最大值)时，能够使压力感应部4不发生形变或发生的形变不超过允许的误差范围。弹性形变部5的截面形状(参见图14)基本呈波纹形的曲线，相对于压力感应部4来说，弹性形变部5的厚度尽量加工成薄型结构，使得当压力感应部4在轴向受力时，弹性形变部5能够发生相应的形变并使压力感应部4沿轴向移动。可动电极固定位6设置在弹性形变部5的外围。压力感应部4通过可动电极固定位6与基座3密封固定，压力感应部4的一侧、弹性形变部5、可动电极固定位6和基座3之间形成一个可容纳气体的气室10，气嘴2与气室12相通。固定电极7制作在印刷电路板8的铜箔上，在固定电极7周围的印刷电路板8上设置安装孔10，可动电极接线柱11的一端与可动电极7电性连接，可动电极接线柱11的另一端插入印刷电路板8上的可动电极接线柱安装孔10内固定，压力感应部4的另一侧正对印刷电路板8上的固定电极7且平行设置。压力传感装置和固定电极7盖合在上屏蔽罩1和下屏蔽罩9之间，以避免外界的电磁干扰。
工作时，当气室10内通入气体使作用在压力感应部4上的压力发生变化时，弹性形变部5发生形变，通过弹性形变部5的形变来改变压力感应部4与固定电极7之间的间距，从而改变压力传感器的静电电容。
上述静电电容型压力传感器的制作方法，包括如下步骤：
步骤一：采用导体制作基座3，且在基座3上向外延伸出气嘴2和可动电极接线柱11，从而形成一体化的基座组件；
步骤二：在一电极板上预留出所需形状的压力感应部4；
步骤三：在预留压力感应部4的径向的外围电极板上通过冲压的方式加工出波纹形的弹性形变部5，并在弹性形变部5的外围留出可动电极固定位6；
步骤四：将压力感应部4通过固定位6与基座3密封固定，形成一个可容纳气体的气室12；
步骤五：在印刷电路板8的铜箔上制作所需形状的固定电极7；
步骤六：在固定电极7周围的印刷电路板8上开设安装孔10，可动电极接线柱11的一端与可动电极电性连接，可动电极接线柱11的另一端插入印刷电路板8上的可动电极接线柱安装孔10内固定，压力感应部4正对印刷电路板8上的固定电极7且平行设置。
本领域的普通技术人员能够理解，本实施例中的静电电容型压力传感器的可动电极还可以采用实施例一至四中任意一个实施例所述的结构，而且弹性形变部的截面(A-A)形状除了是曲线形、波纹形、折线形、或台阶式的结构外，也可以根据需要制作成它们的混合结构。
实施例六、一种电子血压测量设备，参照图15和图16，包括气囊30、压力传感器31、加压泵34、闭气减压阀35、电池38、电压检测电路37、稳压电路36、微处理器32、显示器33和开关39。其中，气囊30、加压泵34、闭气减压阀35、电池38、电压检测电路37、稳压电路36、微处理器32、显示器33和开关39为现有电子血压计的公知成熟技术。压力传感器采用实施例五所示的静电电容型压力传感器结构，其中印刷电路板8是血压计主电路板。气嘴2的顶端与气囊30相通，通过压力感应部4与固定电极7检测到的因气体压力变化所产生的静电电容信号经可动电极接线柱11和与固定电极7相连接的印刷电路板8输入微处理器32。
本领域的普通技术人员能够理解，本发明除了用于血压测量外，同样可以用于其它类型的气压测量。同样地，还可以用于液压的压强变化，适合于各类压力测量。

Claims (16)

1. 可变电容器的可动电极，其特征在于：由板状的压力感应部、弹性形变部和固定部位组成，所述弹性形变部位于所述压力感应部的径向的外围，所述压力感应部、弹性形变部和固定部位是一次性加工而成的整体结构，当所述压力感应部在轴向受力时，所述弹性形变部能够发生相应的形变并使所述压力感应部沿轴向移动。
2. 如权利要求1所述的可变电容器的可动电极，其特征在于：当所述压力感应部的轴向受力的大小不超过预设范围时，所述压力感应部所具有的厚度是能够使压力感应部不发生形变或发生的形变不超过允许的范围。
3. 如权利要求1或2所述的可变电容器的可动电极，其特征在于：所述弹性形变部的截面（A-A）的形状具有曲线形、折线形或台阶式的结构。
4. 如权利要求3所述的可变电容器的可动电极，其特征在于：所述弹性形变部的厚度小于所述压力感应部，所述弹性形变部是通过冲压加工的方式使被加工部位变薄后形成的。
5. 一种压力传感装置，包括气嘴、基座和压力传感元件，所述基座上设置气嘴，所述压力传感元件是静电电容型压力传感器的可动电极，其特征在于：所述压力传感元件由板状的压力感应部、弹性形变部和固定部位组成，所述弹性形变部位于所述压力感应部的径向的外围，所述压力感应部、弹性形变部和固定部位是一次性加工而成的整体结构，当所述压力感应部在轴向受力时，所述弹性形变部能够发生相应的形变并使所述压力感应部沿轴向移动；所述压力传感元件通过所述固定部位与基座密封固定；所述压力感应部、弹性形变部、固定部位和基座之间形成一个可容纳气体的气室；所述气嘴与所述气室相通。
6. 如权利要求5所述的压力传感装置，其特征在于：当所述压力感应部的轴向受力的大小不超过预设范围时，所述压力感应部所具有的厚度是能够使压力感应部不发生形变或发生的形变不超过允许的范围。
7. 如权利要求5或6所述的压力传感装置，其特征在于：所述弹性形变部的截面（A-A）的形状具有曲线形、折线形或台阶式的结构。
8. 如权利要求7所述的压力传感装置，其特征在于：所述弹性形变部的厚度小于所述压力感应部，所述弹性形变部是通过冲压加工的方式使被加工部位变薄后形成的。
9. 一种静电电容型压力传感器，包括压力传感装置和固定电极，所述压力传感装置包括气嘴、基座和可动电极，所述基座上设置气嘴，其特征在于：所述可动电极由板状的压力感应部、弹性形变部和固定部位组成，所述弹性形变部位于所述压力感应部的径向的外围，所述压力感应部、弹性形变部和固定部位是一次性加工而成的整体结构，当所述压力感应部在轴向受力时，所述弹性形变部能够发生相应的形变并使所述压力感应部沿轴向移动；所述可动电极通过所述固定部位与基座密封固定；所述压力感应部的一侧相对于所述固定电极平行设置；所述压力感应部的另一侧、弹性形变部、固定部位和基座之间形成一个可容纳气体的气室；所述气嘴与所述气室相通。
10. 如权利要求9所述的静电电容型压力传感器，其特征在于：当所述压力感应部的轴向受力的大小不超过预设范围时，所述压力感应部所具有的厚度是能够使压力感应部不发生形变或发生的形变不超过允许的范围。
11. 如权利要求9或10所述的静电电容型压力传感器，其特征在于：所述弹性形变部的截面（A-A）的形状具有曲线形、折线形或台阶式的结构。
12. 如权利要求9或10所述的静电电容型压力传感器，其特征在于：所述基座是导体，所述气嘴是从所述基座的中部整体延伸而成；还包括从基座上整体延伸而成的可动电极接线柱，气嘴、基座和可动电极接线柱为一整体结构。
13. 一种电子压力计，包括静电电容型压力传感器和微处理器，所述静电电容型压力传感器包括压力传感装置和固定电极，所述压力传感装置包括气嘴、基座和可动电极，所述基座上设置气嘴，其特征在于：所述可动电极由板状的压力感应部、弹性形变部和固定部位组成，所述弹性形变部位于所述压力感应部的径向的外围，所述压力感应部、弹性形变部和固定部位是一次性加工而成的整体结构，当所述压力感应部在轴向受力时，所述弹性形变部能够发生相应的形变并使所述压力感应部沿轴向移动；所述可动电极通过所述固定部位与基座密封固定；所述压力感应部的一侧相对于所述固定电极平行设置；所述压力感应部的另一侧、弹性形变部、固定部位和基座之间形成一个可容纳气体的气室；所述气嘴与所述气室相通；所述可动电极与固定电极之间的静电电容信号输入微处理器。
14. 如权利要求13所述的电子压力计，其特征在于：当所述压力感应部的轴向受力的大小不超过预设范围时，所述压力感应部所具有的厚度是能够使压力感应部不发生形变或发生的形变不超过允许的范围。
15. 一种静电电容型压力传感器的制作方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一：采用导体制作基座，且在基座上向外延伸出气嘴，从而形成一体化的基座组件；
步骤二：在一电极板上预留出所需形状的压力感应部；
步骤三：在预留压力感应部的径向的外围电极板上加工出弹性形变部，使得当所述压力感应部在轴向受力时，所述弹性形变部能够发生相应的形变并使所述压力感应部沿轴向移动；
步骤四：将所述压力感应部通过所述弹性形变部与基座密封固定，并使压力感应部、弹性形变部和基座形成一个可容纳气体的气室；
步骤五：制作所需形状的固定电极；
步骤六：将所述压力感应部正对固定电极且平行设置固定，使得当从气嘴进入气室内的压强变化时，能够通过所述弹性形变部的形变来改变所述压力感应部与固定电极之间的间距，从而改变压力传感器的静电电容。
16. 如权利要求15所述的静电电容型压力传感器的制作方法，其特征在于：所述加工出弹性形变部的方法是通过冲压的方式使被加工部位变薄，并加工成截面（A-A）的形状具有曲线形、波纹形、折线形、或台阶式的结构或它们的混合结构。
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