CN103728068A - 带有机械的过度力转移机构的力传感器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及带有机械的过度力转移机构的力传感器。一种力传感器系统包括壳体组件、传感器、致动器、和致动器行程止动件。传感器设置在壳体组件内，并且被配置为产生代表提供给该传感器的力的传感器信号。致动器设置成至少部分地位于壳体组件之内，并且相对该壳体组件可移动。致动器从壳体组件延伸并适于接收输入力。致动器设置成，在接收输入力时，移向传感器、并将输入力传递至传感器。致动器行程止动件设置在壳体组件内，并且位于壳体组件和致动器的一部分之间。致动器行程止动件配置成选择性地通过致动器来接合，并且，当由致动器接合时，限制致动器向传感器的移动，并且限制了将输入力向传感器的传递。

Description

带有机械的过度力转移机构的力传感器

技术领域

本发明总体涉及力传感器，尤其涉及一种带有机械的过度力转移机构的力传感器。

技术领域

力传感器用于多种系统和环境中。对于某些环境和系统，力传感器可能需要在相对低的力水平上提供相对高的分辨率。为了满足这一目的，一些力传感器设置成通过增加传感器灵敏度或通过增加信号处理电路中放大阶段的增益来加强输出信号。这后一种方法可给设计带来潜在的噪声问题，它可以影响稳定性和精度。前一种方法可使传感器易遭受过度力的事件的影响。虽然存在多种方法来满足在低力水平上的更高分辨率的需要，但这些方法并不能提供这样一种力传感器，其可保护以不受过度力事件影响及紧凑包装。

因此，需要力传感器的封装级过度力保护，该力传感器在低的力水平上展示出相对较高的分辨率。本发明至少满足这方面的需要。

发明概要

在一个实施例中，一种力传感器系统包括壳体组件、传感器、致动器、和致动器行程止动件。所述传感器设置在壳体组件内，并且被配置为产生代表提供给该传感器的力的传感器信号。所述致动器设置成至少部分地位于所述壳体组件之内，并且相对该壳体组件可移动。所述致动器从所述壳体组件延伸并适于接收输入力。所述致动器设置成，在接收输入力时，移向传感器、并将输入力传递至传感器。所述致动器行程止动件设置在所述壳体组件之内，并且位于所述壳体组件和所述致动器的一部分之间。所述致动器行程止动件被配置成选择性地由所述致动器接合，并且，当由所述致动器接合时，限制所述致动器向所述传感器的移动，并且因此还限制了将输入力向所述传感器的传递。

在另一个实施例中，力传感器系统包括壳体组件，传感器，致动器，力传递凝胶，和致动器行程止动件。所述壳体组件至少限定了传感器腔。该传感器位于传感器腔内，并且被配置成产生代表提供给该传感器的力的传感器信号。所述致动器至少部分位于所述壳体组件内，并且可相当于该壳体组件移动。所述致动器从所述壳体组件延伸，并适于接收输入力。所述致动器被配置成，在接收输入力时，移向传感器，并将输入力传递给传感器。所述力传递凝胶位于传感器腔内并在所述致动器和所述传感器之间，以将输入力传递给传感器。所述致动器行程止动件位于所述壳体组件内，并位于所述壳体组件和所述致动器的一部分之间。所述致动器行程止动件被配置成选择性的由所述致动器接合，并且，当由所述致动器接合时，将输入力的至少一部分传递给壳体组件，并且限制所述致动器向所述传感器的移动，并且因此还限制了将输入力向所述传感器的传递。

在另一个实施例中，力传感器系统包括壳体组件，传感器，致动器，和致动器行程止动件。所述壳体组件带有传感器壳和连接至该传感器壳的盖。所述盖带有形成于其内的致动器开口。所述传感器位于传感器部分内，并被配置成产生代表提供给该传感器的力的传感器信号。所述致动器至少部分位于所述壳体组件内，并且可相对于该壳体组件移动。所述致动器穿过致动器开口延伸，并适于接收输入力。该致动器被配置成，在接收输入力时，接合传感器，并将输入力传递给传感器。所述致动器行程止动件位于所述致动器和所述盖之间，并且被配置成选择性的由所述致动器接合，并且当由所述致动器接合时，将输入力的至少一部分传递给所述壳体组件并限制所述致动器向传感器的移动和输入力向所述传感器的传递。

进一步地，从后面的详细描述和所附的权利要求来看，结合附图和前述背景，所述力传感器的其它需要的特性及特征将是显而易见的。

附图说明

本发明将在下文中结合附图进行说明，其中相同的数字表示相同的元件，其中：

图1示出了力传感器一个实施例的剖视图；和

图2示出了力传感器的另一个实施方案的分解平面图。

具体实施方式

下面的详细描述本质上仅仅是示例性的，而不是用于限制本发明或本发明的应用及使用。如本文所使用的词语“示例性”意味着“用作示例、实例或说明”。因此，这里作为“示例性的”描述的任何实施例不一定被解释为较之其它实施例是优选的或具有优势。这里描述的所有实施例都是示例性实施例，其可使本领域的技术人员能够制造或使用本发明，并且不限制本发明由权利要求限定的范围。另外，在前面的技术领域、背景技术、发明内容或者下面的详细描述中所提出的任何明示或暗示的理论并无约束之意。

首先参考图1，其描绘的是一个力传感器系统100的一个实施例的剖视图，并且包括壳体组件102、传感器组件104、致动器106和致动器行程止动件108。所述壳体组件102包括传感器壳112和盖114。传感器壳112包括第一开口113、第二开口115以及内表面116，该内表面限定在第一和第二开口113、115之间的腔118。所述盖114，具有穿过其形成的开口117，连接到所述传感器壳112。所述传感器组件104连接到所述传感器壳112并且横跨所述第一开口113，且传递机构122连接到所述传感器壳112并且横跨所述第二开口115。因此，所述腔118被围封。在所述实施例中，力传递介质124位于腔118内。所述力传递介质124将施加到所述传递机构122的输入力，通过致动器106，传递至所述传感器组件104。在所述实施例中，所述力传递介质124是一种合适的凝胶，但在其它实施例中它可以是液体，例如油、或者，如在下面将要进一步描述的，所述致动器106可直接接触所述传感器组件104。

所述传感器组件104包括基板126和传感器128。所述基板126设置在传感器壳112的所述第一开口113上方，并且连接到一个或多个输出连接器引脚132。所述基板126在其上可具有合适电路轨迹，或其它适合的装置，用于将所述传感器128电连接到所述输出连接器的引脚132上。所述传感器128通过粘合剂、焊料或其它适当的方式安装在基板126上，并且，至少在本实施例中，包括安装部分134和隔膜136。所述安装部分134用于将所述传感器128安装到所述基板126上。所述隔膜136形成于所述安装部分134中，并且具有一个或多个形成于其上的感测元件以感测所述隔膜136的偏转。所述感测元件可以是压敏电阻器，并且可以包括信号调节电路。无论其具体实现方式，所述传感器128都被配置成产生一个代表提供给该传感器的力的传感器信号。

所述致动器106可至少部分地设置在所述壳体组件102之内，并可相对于所述壳体组件102移动。更具体地，至少在描述的实施例中，所述致动器106延伸经过所述盖114中的开口117，并且被可移动地捕获在所述传感器壳112和所述盖114之间。致动器106适于接收输入力，并且被设置成，在接收输入力时，移向传感器128、并将输入力传递至传感器128。图1中所示的所述致动器106基本上是圆形的、按钮形装置。然而，可以理解的是，这仅仅是示例性的一种配置，且所述致动器106可采用多种配置形式和实现方式。

所述致动器行程止动件108也设置在所述壳体组件102内，并且至少在本实施例中，被设置在所述壳体组件102和所述致动器106的一部分之间。致动器行程止动件108，配置成选择性地通过所述致动器106来接合，并且，当由所述致动器106接合时，限制所述致动器106向所述传感器128的移动，并且因此还限制了将输入力向所述传感器128的传递。尽管所述致动器行程止动件108的配置和实现方式可能会有所不同，在所示的实施方式中，所述致动器行程止动件108是使用垫片来实现的。可以理解的是，在其它的实施例中，所述致动器行程止动件108可以与所述壳体组件102一体形成。例如，它可形成为一体的唇部或凸起珠，该珠可在施加预定的压力时稍微塌陷。在其他实施例中，所述致动器行程止动件108可以形成在所述致动器106上。

如上所述，在某些实施例中，所述致动器106可直接接触所述传感器组件104。图2描绘了这样一个实施例，现在将进行描述。这样做时，需要注意的是，在图1和图2中相同的附图标记代表了相同元件。所示力传感器系统200包括壳体组件102、传感器组件104、致动器106和致动器行程止动件108。所述壳体组件102包括传感器壳112和盖114。传感器壳112包括第一开口113，和内表面116，该内表面限定腔118。所述盖114，具有穿过其形成的开口117，连接到所述传感器壳112并且覆盖所述第一开口113。所述传感器组件104设置在所述腔118之内，并且连接到所述传感器壳112上。

所述传感器组件104包括上密封件202、下密封件204、和传感器128。所述上密封件202设置在所述盖和所述传感器128之间。所述下密封件204，其优选是导电密封件，设置在所述传感器128和传感器壳112之间，并且将所述传感器电连接至一个或多个输出连接器引脚132上。传感器128通过任何多个适当装置中的任一种，安装在所述下密封件204上，并且至少在本实施例中，采用类似于图1中所示的传感器128来实现。无论其具体实现方式，所述传感器128都被配置成产生代表提供给该传感器的力的传感器信号。

所述致动器106可至少部分地设置在所述壳体组件102之内，并可相对于所述壳体组件102移动。更具体地，至少在本实施例中，所述致动器106延伸经过所述盖114中的开口117，并且在其中被可移动地捕获。致动器106适于接收输入力，并且被设置成，在接收输入力时，移向传感器128、并将输入力传递至传感器128。图2中所示的所述致动器106包括基本上是圆形的、按钮形输入装置206，其具有与其相连的力传递引脚208。然而，可以理解的是，这仅仅是示例性的一种配置，且所述致动器106可采用多种配置形式和实现方式。

所述致动器行程止动件108设置在所述壳体组件102和所述致动器106的一部分之间。特别地，其设置在所述输入装置206和所述盖114之间。如前面实施例所示，所述致动器行程止动件108配置成选择性地通过所述致动器106来接合，并且，当由所述致动器106接合时，限制所述致动器106向所述传感器128的移动，并且因此还限制了将输入力向所述传感器128的传递。尽管所述致动器行程止动件108的配置和实现方式可能会有所不同，在所示的实施方式中，所述致动器行程止动件108是使用垫片来实现的。可以理解的是，在其它的实施例中，所述致动器行程止动件108可以与所述壳体组件102一体形成。例如，它可形成为一体的唇部或凸起珠，该珠可在施加预定的压力时稍微塌陷。在其他实施例中，所述致动器行程止动件108可以形成在所述输入装置206上。

在所有所述的实施例中，所述致动器行程止动件108的尺寸被设置成使得传感器128可以提供满刻度输出，但限制所述致动器106的运动到远低于所述传感器128的爆表力的量。将适当尺寸的所述致动器行程止动件108放置在所述致动器106和所述壳体组件102之间，限制了所述致动器的过量移动量，并且同时限制了传递至所述传感器128的力。在一个特定的实施例中，所述力限制到所述传感器128工作范围的两倍。任何大于该值的力，都会传递至所述致动器行程止动件，并且然后传递至所述壳体组件102和外部环境。

本领域的技术人员都会意识到，本文中所披露的，与各实施例结合描述的各种说明性逻辑块、模块、电路、和算法步骤，都可实施为电子硬件、计算机软件、或两者的组合。其中上面描述的一些实施方式和实现方式都是从功能性和／或逻辑块部分(或模块)以及各种处理步骤的方面来描述的。然而，可以理解的是，这些块部分(或模块)可以通过任意数量的硬件、软件、和／或固件部件来实现，它们被配置成执行规定的功能。为了清楚说明硬件和软件的可互换性，各种说明性的部件、框、模块、电路、和步骤已经基本上在它们的功能方面进行描述。将此功能性实施为硬件或软件，取决于加到整个系统时的特定的应用和设计约束。对于每个特定应用，本领域技术人员都可以采用各种方式来实现所描述的功能，但这种实现方式的决定不应被解释成背离了本发明的范围。例如，一个系统或部件的实施例，可采用各种集成电路部件，如，存储器元件、数字信号处理元件、逻辑元件、查找表等，它们可以在一个或多个微处理器或其它控制设备的控制下实现各种功能。此外，本领域的技术人员可以理解的是，这里描述的实施例仅仅是示范性的实施方式。

本文中所披露的，与各实施例结合描述的各种说明性逻辑块、模块、电路，都可利用通用处理器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)或其它可编程逻辑装置、离散门或晶体管逻辑、离散硬件组件，或设计成执行在此描述的功能的它们的任意组合来实施或执行。一个通用处理器可能是微处理器，然而在另外的方法中，处理器也可以是任何常规的处理器、控制器、微控制器或状态机。一个处理器也可以被实施为计算设备的组合，例如，DSP和微处理器的组合、多个微处理器、带有DSP核心的一个或多个微处理器，或任何其它此类配置。

本文中所披露的，与各实施例结合描述的方法或算法的各步骤，都可直接在硬件、由处理器执行的软件模块、或两者的组合来体现。软件模块可驻留在RAM存储器、快闪存储器、ROM存储器、EPROM存储器、EEPROM存储器、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或本领域已知的任何其它形式的存储介质中。示范性存储介质耦合到所述处理器，以使得所述处理器可从所述存储介质中读取信息、并写入信息到存储介质中。在另一形式中，存储介质与处理器可以是一体的。处理器和存储介质可以驻留在ASIC中。该ASIC可驻留在一个用户终端中。在替代方案中，处理器和存储介质可以作为离散部件驻留在用户终端中。

在本文中，关系术语如第一和第二，及类似术语，可被仅用来将一个实体或动作与另一个实体或动作进行区分，而不一定要求或暗示在这样的实体或动作之间存在任何实际这样的关系顺序。这种序数词，像“第一”、“第二”、“第三”等，仅仅表示多个中的不同个体，且并不是暗示任何次序或顺序，除非是特别由权利要求语言所限定的。任何权利要求内容中的顺序，并不暗示处理步骤必须根据此类顺序以时间上或逻辑上的顺序来执行，除非该权利要求中的语言另有说明。这些处理步骤可以按任何次序互换，而不会偏离本发明的范围，只要这种互换不与权利要求的语言相矛盾且不是不合逻辑的。

此外，根据上下文，词语例如“连接”或“耦合到”用于描述不同元件之间的关系，并不意味着必须在这些元件之间直接进行物理连接。例如，两个元件可以彼此物理地、电子地、逻辑地或以任何其它方式，通过一个或多种其它元件连接。

虽然在本发明前面的详细描述中，给出了至少一个示例性的实施例，但应当理解的是，还存在众多变型。应当可以理解的是，示例实施例或多个示例性实施例仅作为例子，而决不打算其以任何方式对本发明的范围、适用性、或结构进行限制。相反，前面的详细描述将为本领域技术人员来实现本发明的示例性实施例提供一个便捷的引导。应当理解的是，在不背离如所附权利要求限定的本发明的范围的情况下，可以对示例性实施例中描述的元件的功能和布置作出各种改变。

Claims (10)

1.一种力传感器系统，包括：

壳体组件；

传感器，设置在所述壳体组件内，并且所述传感器被配置为产生代表提供给该传感器的力的传感器信号；

致动器，其设置成至少部分地位于所述壳体组件之内，并且可相对该壳体组件移动，所述致动器从所述壳体组件延伸并适于接收输入力，所述致动器设置成，在接收输入力时，移向传感器、并将输入力传递至传感器；及

致动器行程止动件，设置在所述壳体组件内，并且位于所述壳体组件和所述致动器的一部分之间，所述致动器行程止动件配置成选择性地通过所述致动器来接合，并且，当由所述致动器接合时，限制所述致动器向所述传感器的移动，并且限制了向所述传感器传递的输入力。

2.如权利要求1所述的力传感器系统，其中：

所述致动器行程止动件，当由所述致动器接合时，传递所述输入力的至少一部分至所述壳体组件；

所述壳体组件限定传感器腔，所述传感器设置于其中；并且

所述传感器系统进一步包括力传递介质，其设置在传感器腔内并在所述致动器和所述传感器之间，以将所述输入力传递至所述传感器。

3.如权利要求2所述的力传感器系统，其中，所述力传递介质包括凝胶。

4.如权利要求1所述的力传感器系统，其中，所述壳体组件包括：

传感器壳，传感器壳具有设置于所述传感器壳中的所述传感器；和

盖，连接到所述传感器壳上，所述盖具有形成于其内的致动器开口，所述致动器延伸通过所述致动器开口。

5.如权利要求4所述的力传感器系统，其中，所述致动器行程止动件包括设置在所述传感器壳和所述盖之间的垫片。

6.如权利要求4所述的力传感器系统，其中，所述致动器行程止动件包括设置在所述致动器和所述盖之间的垫片。

7.如权利要求1所述的力传感器系统，进一步包括：

基板，设置成至少部分地位于所述壳体组件内，所述传感器连接到所述基板。

8.如权利要求1所述的力传感器系统，进一步包括：

多个引线，连接到所述基板并从所述壳体组件延伸，所述引线设置成将所述传感器电连接到外部系统。

9.如权利要求1所述的力传感器系统，其中，所述致动器行程止动件与所述壳体组件一体形成。

10.如权利要求1所述的力传感器系统，所述致动器行程止动件与所述致动器一体形成。

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