CN105358945B - 一种用于应变仪的柔性电路接口 - Google Patents

Abstract

一种负载传感器可以包括棒，所述棒具有支撑端、非支撑端和位于支撑端和非支撑端之间的传感器保持部分。所述负载传感器可进一步包括多个电子传感器，所述电子传感器包括沿传感器保持部分配置的第一应变仪对和第二应变仪对。所述负载传感器可以进一步包括与电子传感器直接连接的接口部件，用于响应非支撑端处的负载作用而计算重量。在一些情况中，所述接口部件可以包括柔性电路。

Description

一种用于应变仪的柔性电路接口

技术领域

示例性实施例总体涉及一种称重设备，并且更具体地涉及一种结合采用应变仪的称重设备使用的柔性接口。

背景技术

应变仪是大家熟知的一种装置，可以用来测量施加在物体上的应变，特别是，例如应变仪可以附连到秤平台的受压部分来确定施加到对应部分的力或应变的量。测出的力或应变之后能被用来确定秤平台上的负载的重量。

电子换能器，也称为负载传感器，利用四个或者更多个电线连接在一起的应变仪工作以建立一个惠斯通电桥电路。负载传感器已经变成一种相对普遍的完成商业称重的方式。负载传感器将与作用力相关的机械运动转变为电子信号。因此，负载传感器特别容易受环境条件影响，所述环境条件可能会影响负载传感器的准确性。可能遇到冲击或振动的户外环境或其他环境中会给涉及提供准确结果的负载传感器带来富有挑战性的环境。因此，持续的和常常昂贵的维护程序和/或附加组件的使用已被需要来试图确保采用这些负载传感器的计重秤持久的准确性。

研发了称重棒来克服传统负载传感器的某些敏感度，包括侧向负载、末端负载、扭转负载、冲击负载以及振动负载。这是通过大悬臂负载元件以及在惠斯通电桥内以不同的模式配置应变仪的组合完成的，与传统负载传感器使用的最大信号模式相反。除了负载传感器主体尺寸、方向以及惠斯通电桥配置，称重棒和负载传感器从制造角度来看是非常相似的。

一般来说，负载传感器的应变仪(或电子传感器)位于负载传感器主体的外表面上。可采用简单的罐装密封与负载传感器相对坚固的设计一起避免负载传感器常见使用的复杂真空类型气密密封的使用。负载传感器本身(例如配置为称重棒时)可以被设置为具有沿负载传感器外表面配置的两对电子传感器(比如顶部对和底部对)的钢结构。负载传感器可以定位成悬臂式结构，一端固定，另一端不受支撑。当力作用在非支撑端时，沿负载传感器长度产生应变。电子传感器(或应变仪)的顶部对和底部对分别测量在它们沿传感器的各自位置上的应变。传感器对的每个相应位置表现出各自对应的弯矩。通过比较相应的应变测量值，可以精确地确定负载传感器上的负载重量，同时与末端负载、侧面负载以及扭转效应有关的不良影响可以降低到最小或被消除。

尽管以上述方式使用称重棒以及采用应变仪的负载传感器是常见的，但也许仍然需要改善这类称重棒和负载传感器的设计和性能。

一些实施例的简述

一些示例性的实施例可以提供柔性电路接口，用于提供负载传感器的各个应变仪之间的可操作连接。使用柔性电路接口可使得用于互相连接应变仪的接线的使用被省去。

在一个示例性的实施例中，可以提供负载传感器。所述负载传感器可以包括一根棒，所述棒具有支撑端、非支撑端以及配置在支撑端和非支撑端之间的传感器保持部分。所述负载传感器可以进一步包括多个电子传感器，所述多个电子传感器包括沿传感器保持部分配置的第一对应变仪和第二对应变仪。所述负载传感器可以进一步包括直接连接电子传感器的接口部件，所述电子传感器用于响应对非支撑端的负载作用来计算重量。在一些情况中，所述接口部件可以包括柔性电路。

一些示例性实施例可以改进采用示例性实施例的负载传感器的性能和可靠性。一些示例性实施例也可以减少生产所述负载传感器的成本。

附图说明

已经如此概括地描述了本发明，现参照附图，这些附图不一定是按比例绘制的，并且其中：

图1示出了根据示例性实施例的负载传感器的概念图；

图2是根据示例性实施例可结合负载传感器使用的接口部件的平面图；

图3示出了示例性实施例中可结合负载传感器使用的应变仪；

图4示出了根据示例性实施例的接口部件的衬垫部分的更详细视图；

图5示出了根据示例性实施例与图3的应变仪的输出端子对齐和可操作地连接的衬垫部分。

具体说明

现根据附图在下文中对一些示例性实施例将进行更完整的描述，在附图中示出了一些但不是所有的实施例。事实上，在此描述和图示的示例不应该被解读为对本公开的范围、适用性或结构的限制。相反，这些示例性实施例被提供以使得本公开将会满足适用的法律要求。自始至终同样的附图标记指的是同样的元素。此外，正如在此使用的，术语“或”将被理解为每当其一个或多个运算对象为真，其结果就为真的逻辑运算符。正如在此使用的，可操作的连接应该被理解为涉及直接或间接的连接，在任一情况下，使可操作地彼此连接的元件能够功能性的互连。

一些示例性实施例可以提高比如称重棒(Weigh)的负载传感器的性能和/或减少它的成本。特别地，可提供所述负载传感器而无需包括在负载传感器的电子传感器或应变仪之间运转的任何物理电线。相反，柔性电路可以被采用作为应变仪接口部件来直接连接应变仪。所述接口部件可以连接所述应变仪并也可补足用于允许负载传感器进行重量测量操作的惠斯通电桥电路。所述接口部件也可以为负载传感器的主电缆或其他连接器提供接口。

图1示出了根据示例性实施例的负载传感器的概念图。负载传感器100，可以体现为一个棒、杆或可以以悬臂式的形式被支撑的其他结构，该负载传感器100可以包括支撑端110和非支撑端120。所述负载传感器100也可以包括上面配置了多个电子传感器的传感器保持部分130。所述支撑端110、非支撑端120以及传感器保持部分130可以各自大体为圆柱形不锈钢杆或这类连杆的一些部分。在一些情况下，所述杆可以具有在其中形成的安装孔或插孔。

所述电子传感器可以是沿传感器保持部分130的长度成对配置的应变仪140。在一种示例性实施例中，其中的一对可以配置在所述传感器保持部分130的顶侧上，并且另一对可以配置在所述传感器保持部分130的底侧。对于沿所述传感器保持部分130的长度的两个位置中的每一个位置，来自顶部对的一个传感器可以沿所述传感器保持部分130的长度大致位于与来自底部对的对应传感器相等距离的位置，。如上所述，在这些位置的应变测量可以用于确定在负载传感器100的非支撑端120处作用负载的重量。

在一些实施例中，传感器保持部分130可以包括同中心地围绕传感器保持部分130配置的防护罐封(未示出)。所述防护罐封可用于保护应变仪140以及设置于其间的任何连接接口避免可能的损伤或污染。所述防护罐封可以使用多层密封工艺密封到传感器保持部分130。

在一种示例性实施例中，应变仪140可以通过形成接口部件150的柔性电路彼此连接，因此不需要接线来将应变仪彼此连接。图2是根据示例性实施例的接口部件150的平面图。在这点上，图2展示了根据示例性实施例的测量组件200。如图2所示，负载传感器测量组件200可以包括第一应变仪210和第二应变仪212，所述第一应变仪210和第二应变仪212可以结合以形成第一应变仪对。负载传感器测量组件200也可以包括第三应变仪220和第四应变仪222，所述第三应变仪220和第四应变仪222可以结合以形成第二应变仪对。

所述第一和第二应变仪对(图1中应变仪140的示例)可以如以上根据图1所述那样配置在棒的相反两侧上。但是，应该能领会的是图2的平面图以二维视图展示了测量组件200。因此，尽管所述第一和第二应变仪在图2中似乎是布置在一个平面内，但应该能领会的是所述一个平面在实践中实际上是卷绕在棒周围的。

在一个示例性实施例中，接口部件150可以是包含柔性基板的柔性电路，所述柔性基板可以使用任意适合的粘着材料粘附在棒上。所述柔性基板可以包括大体为非导电材料的一个或多个层，在所述一个或多个层上可以提供导电迹线230。所述导电迹线230可以配置在柔性基板的诸层之上或诸层之间以限定用于连接测量组件200各种元件的路径。

在一个示例性实施例中，如图2所示，接口部件150可以包括配置在导电迹线230的各个末端的衬垫部分240。所述衬垫部分240可以可操作地连接到第一和第二应变仪对的应变仪。导电线路230与应变仪在所述衬垫部分240处的直接连接允许应变仪的互相连接而无需使用导线。导电迹线230的其他末端可以终止在电位计250上，所述电位计250可以配置为靠近主电缆连接器260。所述主电缆连接器260和/或所述电位计250可以促进由于补足惠斯通电桥电路的第一和第二应变仪对的应变仪的操作和/或与其中可以采用测量组件200的负载传感器的正确运行所需要的其他元件的连接。

在一些实施例中，接口部件150可以沿着负载传感器的棒取向，从而使得电位计250和主电缆连接器260配置为与负载传感器的棒的中性轴线270平行。同时，第一应变仪对可以沿在上面将经受最大张力载荷应变的负载传感器的棒部分(如虚线272所示)配置，并且第二应变仪可以沿在上面将经受最大压力载荷应变的负载传感器的棒部分(如虚线274所示)配置。

多个转向臂280可以沿导电迹线230的从各个衬垫部分240远离各个衬垫部分240的延伸段设置，从而使得在所述接口部件150配置在负载传感器上以供使用时，棒直径和应变仪间隔的各种变化都能被适应。在一种示例性实施例中，所述多个转向臂280可以沿所述多个转向臂的长度具有至少一个大约90度的转弯。图2的示例中展示了两个这样的90度转弯。通过使柔性电路从应变仪以相对于应变仪的图案的轴线成90度的角远离应变仪地延伸，所述柔性电路从应变仪快速远离应变仪(经受最大应变的位置)延伸，并且之后转弯大约90度以保持柔性电路材料的长行程的绝大部分处在较低应变区域。因此，形成接口部件的大部分柔性电路材料被配置在较为靠近中性轴线的位置，在那里可能基本不会遇到应变，或至少遇到较少的应变。因此可以通过使负载传感器预计会经受最大应变的区域处的材料最小化来降低现场故障的可能性。

图3展示了一示例性实施例中的应变仪300。所述应变仪300可以是一种可被用于具体表达第一应变仪210、第二应变仪212、第三应变仪220和/或第四应变仪222的结构的示例。如图3所示，所示应变仪300可以包括应变敏感图案部分310和输出端子320。所述应变敏感图案部分310可以包括一系列配置在柔性基板330上的导线。所述基板330可以粘附在负载传感器上使得形成应变敏感图案部分310的导电行程的长轴线与负载传感器的长轴线大体对齐。随着张力和压力被施加在所述应变敏感图案部分310上，可能引起和检测到所述应变敏感图案部分310的电阻率的微小变化。电阻率微小变化的测量需要所述输出端子320和惠斯通电桥电路之间的电连通。在一种示例性实施例中，导电迹线230通过接口部件150提供了这些电阻率变化的连通。

图4展示了根据一种示例性实施例的接口部件150的衬垫部分240的更详细视图。图5示出了与图3的应变仪300对齐并且与其可操作地连接的衬垫部分240。如图5所示，所述衬垫部分240可以包括第一衬垫400和第二衬垫410，所述第一衬垫400配置成与所述应变仪300的其中一个输出端子320对齐，所述第二衬垫410配置成与另外一个输出端子320对齐。第一衬垫400和第二衬垫410形状可以大致与输出端子320的形状相配，并且可以通过任意合适的方法粘附在输出端子320。因此，例如可以采用超声焊接，钎焊，焊接或其他方法来实现粘附。在一种示例性的实施例中，所述形成接口部件150的基板420(或基板层)可以从应变敏感图案部分的纵向长度远离所述纵向长度延伸大致90度。导电迹线230可以沿基板420的相对侧与基本420大致相同的方向而且因此从各自的第一和第二衬垫400和410的相对末端处行进。

因此，示例性实施例可以包括负载传感器或其他的称重设备，所述负载传感器或其他称重设备包括具有支撑端、非支撑端和位于支撑端和非支撑端之间的传感器保持部分的棒，或用在负载传感器上的称重组件。所述负载传感器(或其称重组件)可以进一步包括多个电子传感器，所述电子传感器包括沿传感器保持部分配置的第一应变仪对和第二应变仪对。所述负载传感器(或其称重组件)可以进一步包括与电子传感器直接连接的接口部件，用于响应对非支撑端的负载施加的计算重量。在一些情况中，所述接口部件可以包括柔性电路。

在一种示例性的实施例中，对上述特征的修改、添加或增大可以附加在上面。每个这样的修改、添加或增大可以通过自身或与一个或多个修改、添加或增大的结合附加在上面(或甚至是包括了所有的修改、添加或增大的结合)。这样的修改、添加或增大的一些示例可以包括接口部件，所述接口部件包括配置在柔性基板上的导电迹线和/或粘附在传感器保持部分上的柔性基板。在一种示例性的实施例中，导电迹线可以从配置在接口部件的臂的对应末端处的衬垫部分延伸至接口部件的中枢部分以将第一应变仪对和第二应变仪对连接到惠斯通电桥上。在一些实施例中，第一应变仪对可以沿负载传感器的棒的在上面经受最大压力的一侧配置，并且第二应变仪对可以沿负载传感器的棒的在上面经受最大张力的相反一侧配置。在一些情况中，所述臂可以被设置为在其上面包括多个大约90度的转弯。在一些实施例中，形成所述接口部件从而使得形成柔性电路的大部分材料配置为相比于第一应变仪对定位所沿的轴线和第二应变仪对定位所沿的轴线更靠近中性轴线。在一种示例性的实施例中，所述导电线路可以可操作地将电子传感器连接到接口部件的中枢部分。在这类示例中，所述中枢部分可以配置在位于第一应变仪对定位所沿的轴线和第二应变仪对定位所沿的轴线之间的中性轴线上。在一些情况中，所述电子传感器可以通过接口部件上的导电迹线而不用电线与接口部件的中枢部分可操作地连接。在一种示例性的实施例中，所述接口部件的衬垫部分可以与各自的一个电子传感器的输出端子重叠。在这类示例中，所述衬垫部分可以通过超声焊接可操作地连接到输出端子。在一些实施例中，每个电子传感器的应变感应图案可以配置为大体与负载传感器的棒的长轴线对齐，并且接口部件的基板可以配置为从电子传感器以大体垂直于负载传感器的棒的长轴线的角度远离电子传感器地延伸。

本发明所属的技术领域的技术人员受益于上述说明书和相关附图展现的教导将会联想到在此阐述的发明的许多修正以及其他的实施例。因此，应该被理解的是，本发明并不局限于已公开的特定的实施例，并且修正和其他的实施例旨在包括在所附权利要求书的范围内。此外，尽管上述说明书和相关附图描述了在元件和/或功能的某些示例性结合的背景下的示例性的实施例，然而应该能领会的是元件和/功能的不同结合可以通过可替代的实施例来提供而不脱离所附权利要求书的范围。就这点来说，比如，超出以上明确描述的那些元件和/或功能的不同结合也可以考虑在一些所附权利要求中阐述。在在此描述了优势、益处或问题的解决方案的情况下，应该被领会的是，这样的优势、益处和/或解决方案可能适用于一些示例性的实施例，但未必适用于所有的示例性实施例。因此，在此描述的任何优势、益处或解决方案不应该被认为对所有的实施例或在此要求保护的实施例是关键的、必需的或必要的。尽管在此采用了特定的术语，使用它们仅仅是一般性和描述性意义的，并非为了限制。

Claims (18)

1.一种负载传感器，所述负载传感器包括：

棒，所述棒具有支撑端、非支撑端和配置在所述支撑端和所述非支撑端之间的传感器保持部分；

多个电子传感器，所述多个电子传感器包括沿所述传感器保持部分配置的第一应变仪对和第二应变仪对；以及

接口部件，所述接口部件与所述多个电子传感器直接连接，用于响应对所述非支撑端的负载施加而计算重量，

其中所述接口部件包括柔性电路，所述柔性电路包括电位计，

其中所述接口部件整个地配置在所述棒上，

其中所述接口部件包括配置在柔性基板上的导电迹线，所述柔性基板粘附在所述传感器保持部分，

其中所述导电迹线从所述接口部件的中枢部分远离所述中枢部分地延伸至所述接口部件的衬垫部分，所述衬垫部分可操作地连接到所述多个电子传感器中的相应电子传感器，并且所述衬垫部分和所述多个电子传感器配置于所述接口部件的臂的对应末端处，以连接所述第一应变仪对和所述第二应变仪对，从而补足惠斯通电桥，并且

其中所述中枢部分包括所述电位计。

2.根据权利要求1所述的负载传感器，其中所述第一应变仪对沿所述棒的、经受最大压力的一侧配置，并且其中所述第二应变仪对沿所述棒的、经受最大张力的相反一侧配置。

3.根据权利要求2所述的负载传感器，其中所述接口部件形成为使得形成所述柔性电路的材料的大部分配置为相比于所述第一应变仪对定位所沿的轴线和所述第二应变仪对定位所沿的轴线更靠近中性轴线。

4.根据权利要求2所述的负载传感器，其中所述导电迹线将所述多个电子传感器可操作地连接到所述接口部件的所述中枢部分，并且其中所述中枢部分配置在位于所述第一应变仪对定位所沿的轴线和所述第二应变仪对定位所沿的轴线之间的中性轴线上。

5.根据权利要求1所述的负载传感器，其中所述臂在其中具有多个大约90度的转弯。

6.根据权利要求1所述的负载传感器，其中所述多个电子传感器通过所述接口部件上的所述导电迹线而不用电线与所述接口部件的所述中枢部分可操作地连接。

7.根据权利要求1所述的负载传感器，其中所述接口部件的所述衬垫部分与所述多个电子传感器中的相应电子传感器的输出端子重叠，并且其中所述衬垫部分通过超声焊接可操作地连接到所述输出端子。

8.根据权利要求1所述的负载传感器，其中所述多个电子传感器中的每个电子传感器的应变敏感图案配置为大体与所述棒的长轴线对齐，并且其中所述接口部件的所述柔性基板配置为以大体垂直于所述棒的所述长轴线的角度从所述多个电子传感器远离所述多个电子传感器地延伸。

9.一种用于负载传感器的测量组件，所述测量组件包括：

多个电子传感器，所述多个电子传感器包括沿棒的传感器保持部分配置的第一应变仪对和第二应变仪对，所述传感器保持部分配置在所述棒的支撑端和非支撑端之间；以及

接口部件，所述接口部件与所述多个电子传感器直接连接，用于响应对所述非支撑端的负载施加而计算重量，

其中所述接口部件包括柔性电路，所述柔性电路包括电位计，

其中所述接口部件整个地配置在所述棒上，

其中所述接口部件包括配置在柔性基板上的导电迹线，所述柔性基板粘附在所述传感器保持部分，

其中所述导电迹线从所述接口部件的中枢部分远离所述中枢部分地延伸至所述接口部件的衬垫部分，所述衬垫部分可操作地连接到所述多个电子传感器中的相应电子传感器，并且所述衬垫部分和所述多个电子传感器配置于所述接口部件的臂的对应末端处，以连接所述第一应变仪对和所述第二应变仪对，从而补足惠斯通电桥，并且

其中所述中枢部分包括所述电位计。

10.根据权利要求9所述的测量组件，其中所述第一应变仪对沿棒的、经受最大压力的一侧配置，并且其中所述第二应变仪对沿棒的、经受最大张力的相反一侧配置。

11.根据权利要求10所述的测量组件，其中所述导电迹线将所述多个电子传感器可操作地连接在所述接口部件的所述中枢部分上，并且其中所述中枢部分被配置在位于所述第一应变仪对定位所沿的轴线和所述第二应变仪对定位所沿的轴线之间的中性轴线上。

12.根据权利要求9所述的测量组件，其中所述臂在其中具有多个大约90度的转弯。

13.根据权利要求9所述的测量组件，其中所述接口部件形成为使得形成所述柔性电路的材料的大部分配置为相比于所述第一应变仪对定位所沿的轴线和所述第二应变仪对定位所沿的轴线更靠近中性轴线。

14.根据权利要求9所述的测量组件，其中所述多个电子传感器通过所述接口部件上的所述导电迹线而不用电线与所述接口部件的所述中枢部分可操作地连接。

15.根据权利要求9所述的测量组件，其中所述接口部件的所述衬垫部分与所述多个电子传感器中的相应电子传感器的输出端子重叠，并且其中所述衬垫部分通过软钎焊、超声焊接、焊接或其他物理连接可操作地连接到所述输出端子。

16.根据权利要求9所述的测量组件，其中所述多个电子传感器中的每个电子传感器的应变敏感图案配置为大体与所述棒的长轴线对齐，并且其中所述接口部件的所述柔性基板配置为以大体垂直于所述棒的所述长轴线的角度从所述多个电子传感器远离所述多个电子传感器地延伸。

17.一种负载传感器，包括：

棒，所述棒具有支撑端、非支撑端和配置在所述支撑端和所述非支撑端之间的传感器保持部分；

多个电子传感器，所述多个电子传感器包括沿所述传感器保持部分配置的第一应变仪对和第二应变仪对；以及

接口部件，所述接口部件与所述多个电子传感器直接连接，用于响应对所述非支撑端的负载施加而计算重量，

其中所述接口部件包括柔性电路,

所述多个电子传感器通过所述接口部件上的导电迹线而不用电线与所述接口部件的中枢部分可操作地连接。

18.一种用于负载传感器的测量组件，所述测量组件包括：

多个电子传感器，所述多个电子传感器包括沿棒的传感器保持部分配置的第一应变仪对和第二应变仪对，所述传感器保持部分配置在所述棒的支撑端和非支撑端之间；以及

接口部件，所述接口部件与所述多个电子传感器直接连接，用于响应对所述非支撑端的负载施加而计算重量，

其中所述接口部件包括柔性电路，

所述多个电子传感器通过所述接口部件上的导电迹线而不用电线与所述接口部件的中枢部分可操作地连接。