CN108168741A - 一种传感器装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及由压力传感器芯片构成，具有较强过载能力的传感器装置，特别是适于质量、重量、压力、触力、脉搏、血压、物体抵触或非接触微位移、磁致伸缩、磁力检测，精密控制等领域的微机械传感器装置,其中包括：力传递部件包括适于直接对压力传感器芯片进行抵触的可压缩变形的弹性部分；力传递部件包括凸形部分，限制部件的限制部分设定在弹性膜片部分与凸形部分的大小端联接/连接部位之间，限制部件适于限制凸形部分的移动行程；力传递部件中间串联有可压缩的弹性部件；压力传感器芯片或压力传感器装置布置在一个可压缩的弹性部件上；力传递部件或壳体上设有永磁体；传感器阵列；串联布置的传感器装置等。

Description

一种传感器装置

所属技术领域

本发明涉及一种传感器装置，特别是适于质量、重量、压力、触力、脉搏、血压、物体抵触或非接触微位移、磁致伸缩、磁力等检测领域，以及精密控制、按键、开关等控制领域的微机械传感器装置，属传感器技术领域，但是，不仅限于此。

背景技术

中国发明专利申请号2013105323955，名称：“柔性平台组件结构上的机械联接的力传感器”的资料中，公开了一种通过球形力传递部件抵触压力传感器芯片进行触力检测方案。其不足之处在于：用于检测的触头面积较小，不利于应用在手腕上进行脉搏、血压的检测；力传感器在使用过程中容易损坏。原因是：压力传感器芯片中的弹性膜片部分的厚度极薄。然而，压力传感器芯片中的弹性膜片部分的厚度越薄、传感器的分辨率、灵敏度或精度就越高。为提高实际设备中的检测精度和分辨率，通常需要选择弹性膜片部分的厚度薄的压力传感器芯片；压力传感器芯片的使用压力通常不能超过额定压力的2至3倍，否则膜片将被破坏；然而，在实际应用过程中，往往传感器受到的触力会超出预期；如果将该力传感器用在手腕上进行脉搏、血压检测时，可能会因为用户使用不当，造成传感器损坏的情况发生，因为，多数用户无相关知识，并且会用超过破坏压力的力来按压力传感器，由此造成力传感器中的弹性膜片部分破坏。另外，该传感器的量程较小。

中国发明专利申请号2013105905250,名称：“带有机械的过度力转移机构的力传感器”的资料中，公开了一种通过致动器或触头、力传递介质或凝胶致使压力传感器芯片上的弹性膜片部分变形，并将变形量或外部输入力转换成电信号的力传感器。其关键是在致动器及其周围设置止动件以防止致动器过度移动或推动力传递介质或凝胶，以防止压力传感器芯片中的弹性膜片部分过度变形后破损的技术方案来解决所述弹性膜片部分容易损坏的问题；其不足之处在于，由于力传递过程中使用了凝胶等力传递介质，由此，存在制造难度大的缺陷；另外，凝胶等力传递介质存在老化现象，硬度、弹性会随时间的延长而改变，凝胶等力传递介质对所述弹性膜片部分的作用或抵触力的分布状况会发生变化，因此，该力传感器还存在随着使用时间延长，力传感器的线性度和分辨率会随之波动或下降的缺陷。

另外，现有一种使用压力传感器芯片的充油式触力传感器，其结构是将压力传感器芯片布置在充油的容器中，通过容器上的波纹膜片和油将检测力传递到压力传感器芯片上进行触力的检测，其缺陷是检测分辨率、灵敏度或精度较低，体积较大。

发明内容

本发明的目的在于：改进上述产品的缺陷。

本发明的目的通过下述技术方案实现：

1、一种传感器装置，包括：压力传感器芯片，该压力传感器芯片包括弹性膜片部分、支撑弹性膜片部分的基体或框体部分，所述弹性膜片部分适于受到外部输入力或抵触运动时变形，并将变形量或外部输入力转换成电信号；力传递部件，该力传递部件适于向所述弹性膜片部分所在的方向移动，适于直接或间接地抵触所述弹性膜片部分；附件，该附件至少适于布置压力传感器芯片、力传递部件；其中，所述力传递部件包括：由适于硬度或弹性的材料构成，具有预定厚度或高度的可压缩变形的弹性部分，所述可压缩变形的弹性部分适于直接对所述的弹性膜片部分进行抵触。

2、一种传感器装置，包括：压力传感器芯片，该压力传感器芯片包括弹性膜片部分、支撑弹性膜片部分的基体或框体部分，所述弹性膜片部分适于受到外部输入力或抵触运动时变形，并将变形量或外部输入力转换成电信号；力传递部件，该力传递部件适于向所述弹性膜片部分所在的方向移动，适于直接或间接地抵触所述弹性膜片部分；附件，该附件至少适于布置压力传感器芯片、力传递部件；其中，所述力传递部件中间串联有可压缩的弹性部件。

3、一种传感器装置，包括：压力传感器芯片，该压力传感器芯片包括弹性膜片部分、支撑弹性膜片部分的基体或框体部分，所述弹性膜片部分适于受到外部输入力或抵触运动时变形，并将变形量或外部输入力转换成电信号；其中，力传递部件，该力传递部件适于向所述弹性膜片部分所在的方向移动，适于直接或间接地抵触所述弹性膜片部分；附件，该附件至少适于布置压力传感器芯片、力传递部件；其中，所述压力传感器芯片或压力传感器装置布置在一个可压缩的弹性部件上。

4、一种传感器装置，包括：压力传感器芯片，该压力传感器芯片包括弹性膜片部分、支撑弹性膜片部分的基体或框体部分，所述弹性膜片部分适于受到外部输入力或抵触运动时变形，并将变形量或外部输入力转换成电信号；力传递部件，该力传递部件适于向所述弹性膜片部分所在的方向移动，适于直接或间接地抵触所述弹性膜片部分；附件，该附件至少适于布置压力传感器芯片、力传递部件；其中，所述力传递部件包括：两个或两个以上元件组合构成的凸形部分，或者，一个元件独立构成的凸形部分；所述凸形部分小的一端设有预订的长度，适于直接或间接地抵所述触弹性膜片部分；所述凸形部分大的一端适于承接或接受外部输入力；限制部件，该限制部件的限制部分设定在弹性膜片部分与凸形部分的大小端联接/ 连接部位之间预订的位置，并且，所述限制部分适于所述凸形部分小的一端进入或通过限制部件、抵触所述的弹性膜片部分，所述限制部分还适于阻止所述凸形部分大的一端进入或通过限制部件。

进一步包括：(1)、所述限制部件的限制部分为中间设有孔的构件，所述凸形部分小的一端部分或全部地布置在所述的孔中，所述凸形部分小的一端与所述孔间为动配合。(2)、所述的孔包括：圆孔或正多边形孔中的一种。(3)、所述的限制部件由金属或合金材料制成，并且，所述限制部件是由所述的限制部分延伸至传感器装置底部的构件。

5、一种传感器装置，包括：压力传感器芯片，该压力传感器芯片包括弹性膜片部分、支撑弹性膜片部分的基体或框体部分，所述弹性膜片部分适于受到外部输入力或抵触运动时变形，并将变形量或外部输入力转换成电信号；力传递部件，该力传递部件适于向所述弹性膜片部分所在的方向移动，适于直接或间接地抵触所述弹性膜片部分；壳体，该壳体至少适于布置压力传感器芯片、力传递部件；其中，所述力传递部件上还设有永磁体，或者，所述壳体上还设有永磁体。

6、一种传感器装置，包括：压力传感器芯片，该压力传感器芯片包括弹性膜片部分、支撑弹性膜片部分的基体或框体部分，所述弹性膜片部分适于受到外部输入力或抵触运动时变形，并将变形量或外部输入力转换成电信号；力传递部件，该力传递部件适于向所述弹性膜片部分所在的方向移动，适于直接或间接地抵触所述弹性膜片部分；限制部件，该限制部件至少适于限制过大的外部输入力作用在弹性膜片部分上；附件，该附件至少适于布置压力传感器芯片、力传递部件；其中，所述传感器装置由两个或两个以上传感器单元可动地串联构成；所述一个传感器单元包括：至少一个压力传感器芯片、一个力传递部件和限制部件。

以上1至6所述的传感器装置，更进一步包括：

(一)、两个或两个以上按预订几何图形分布在一个基体上的压力传感器芯片，所述的压力传感器芯片的弹性膜片部分上分别布置有一个凸形部分小的一端，所述的凸形部分小的一端都联接/连接在一个所述凸形部分大的一端上。

(二)、所述力传递部件适于直接或间接地抵触所述弹性膜片部分的端部形状呈拱形或穹顶形。

(三)、所述力传递部件适于直接或间接地抵触所述弹性膜片部分的端部包括：球形端、半球型端、球冠形端或球缺形端中的至少一种。

本发明的有益效果是：灵敏度高、性能稳定、厚度薄、体积小、量程大、不易损坏，装配调试容易、成本低，应用范围广泛等。

附图说明

图1是本发明中使用的一种压力传感器芯片结构示意图；

图2是图1所示A-A剖面示意图；

图3是本发明的一种传感器装置剖视结构示意图；

图4是图3所示B-B剖面示意图；

图5是图3的另一种B-B剖面示意图；

图6是本发明的一种传感器装置剖视结构示意图；

图7是图6所示C-C剖面示意图；

图8是图6的另一种C-C剖面示意图；

图9是本发明的一种传感器装置剖视结构示意图；

图10是图9所示D-D剖面示意图；

图11是本发明的一种传感器装置剖视结构示意图；

图12是图11E-E剖面示意图；

图13是本发明的一种传感器装置剖视结构示意图；

图14是本发明的一种传感器装置剖视结构示意图；

图15是本发明的一种压力传感器芯片布置在电路板板中的剖视结构示意图；

图16是本发明的一种传感器装置剖视结构示意图；

图17是本发明的一种传感器装置剖视结构示意图；

图18是本发明的一种传感器装置剖视结构示意图；

图19是本发明的一种传感器装置剖视结构示意图；

图20是本发明的一种传感器装置剖视结构示意图；

图21是本发明的一种传感器装置轴向剖视结构示意图；

图22是本发明的一种传感器装置的端面透视图结构示意图；

图23是本发明的一种传感器装置的轴向剖视结构示意图。

具体实施方式

下面根据本发明的技术方案结合附图进行举例说明。

图1、2是涉及本发明一种压力传感器芯片结构示意图；其中，01是本发明所述的弹性膜片部分，02是支撑弹性膜片部分01的基体或框体部分。在弹性膜片部分01的表面设有压敏电阻或应变电阻08、09、10、11，以及电连接压敏电阻或应变电阻的电连接线或电连接端 03、04、05、06、07。所述弹性膜片部分01适于受到外部输入力时变形，并将变形量或外部输入力转换成电信号。应该理解到，所述的基体或框体部分、弹性膜片部分通常是一个一体化的元件，即压力传感器芯片，本发明中只是为了叙述清楚将其分开进行说明。

图3、4是本发明的一种传感器装置的剖视结构示意图；特别是用于解释本发明基本原理的结构示意图。其中，101是杯状的壳底，109是杯状的壳盖，110是导气孔，102是导电脚， 103是压力传感器芯片，104是键合引线即导电线,111是凝固树脂。105是塑料或不锈钢的球形部件；106是塑料或不锈钢的冒形承力部件，端面1b是承力部件106上的被阻挡端；105、 106构成本发明的一种力传递体部件。107是限制部件，端面1a是限制部件107上的阻挡端， 107中间有预定直径的孔108，108适于105在其中移动或转动。105部分伸出孔108和107 的端面1a，所述球形部件105与承力部件相连106的一端，承力部件的端面1b距离所述限制部件的端面1a一预订的距离H1，并且，所述球形部件与承力部件相连的一端，承力部件的端面1b大于所述的孔。

通过图3所述限制部件107上的阻挡端1a，承力部件106上的被阻挡端1b提示，应该理解到本发明所述阻挡端、被阻挡端通常是指限制部件、承力部件之间两个相对的端面，下述举例相同。

工作原理：当在106上施加逐渐增加的输入力时，106推动105逐渐向芯片的膜片部分移动，H1逐渐变小，103上的弹性膜片部分逐渐变形，103将变形量或外部输入力转换成逐渐变化的电信号；当输入力达到预定值时，端面1a、1b相互接触，距离H1＝0；103上的弹性膜片部分的变形达到预定的许可变形值，106被限制部件107的端面部分阻止而不能进入所述的孔，并且不能继续向103的方向移动；如果，继续在106上继续施加超过预定值的输入力，球形部件105亦不会继续向103的端面继续移动，103上的弹性膜片部分亦不会继续变形，从而，本发明所述的传感器装置具有一定的增强保护压力传感器芯片由于超压引起破损的作用。应该理解到，所述超过预定值的输入力是有限的，通过选择或提高101、107的材料强度可以提高传感器装置的承压值或许可承受压力,如：101选择高强度的复合绝缘材料，107选择金属、合金材料。其中，所述的距离适于所述承力部件承接或接受到输入力、所述阻挡端与被阻挡端接触时，所述弹性膜片部分不破损。通常距离H1的尺寸需要根据压力传感器芯片中的弹性膜片部分的最大许可变形量确定,或者，H1的尺寸需要根据压力传感器芯片的最大许可压力值确定。

应该注意到，通常压力传感器芯片103上的弹性膜片的变形量通常很小，H1的尺寸很难标定，为此，可以在105、106之间布置一层弹性材料，或者，在103、105之间布置一层弹性材料，以便于标定H1尺寸；其中，所述的弹性材料如：硅胶、橡胶等具有预订弹性的材料。另外，应该注意到，在103、105之间布置弹性材料还有利于增强保护压力传感器芯片103上的弹性膜片由于受力不均匀而受到破坏的作用，同时还利于提高压力传感器芯片检测信号的线性度。

图3、4中的球形部件105、承力部件106的组合构成了本发明所述的凸形部分。承力部件106构成了本发明所述凸形部分大的一端；球形部件105突出在106的端面1b外的部分构成了本发明所述凸形部分小的一端。但是，应该理解到，所述凸形部分小的一端亦可以是：截面形状为三角形、方形或多边形，端部形状为半球型、球冠形、球缺形、拱形或穹顶形的构件；其中，所述的截面指沿图3中B-B横向剖开的截面。另外，106亦可以是一个直径大于105的球形元件，即凸形部分大的一端亦可以是球形。通过上述提示应当想到，本发明所述的凸形部分包括了一切由小的一端和大的一端形成或构成的一切凸形构件。105、106之间可以是动配合式的可动联接；另外，105、106之间亦可以是通过粘结胶进行固定连接；另外，105、106亦可以是由一个固体材料机加工或用金属、塑料等浇注形成的一个独立构成的凸形部分。另外，105亦可以是用具有适于硬度或弹性的弹性材料制成，如硅胶、橡胶等。另外，所述承力部件106的形状不局限于冒形。承力部件同样亦可以是用具有适于硬度或弹性的弹性材料制成，如硅胶、橡胶等。本发明所述的凸形部分优先地选择塑料或金属材料制造。

本发明的以下举例中，用球形部件和承力部件的组合构成的凸形部分来代替本发明所述的凸形部分，但是，本发明所述的凸形部分不局限于由球形部件和承力部件的组合。

图5是图3的另一种B-B剖面示意图；特别是解释了图3中的限制部件107可以由图5中的107a、107b、107c、107d四个均匀分布的条状体固定构成，从而，解释本发明的限制部件可以通过多种结构实现。

图6、7是本发明的一种传感器装置的结构示意图；其中，201是杯状的壳底，202是压力传感器芯片，203是键合引线即导电线，204是导电脚；205是塑料的球形部件；206是塑料的承力部件；207是设置在205、206间的一个具有适于弹性变形能力或弹性模量的压缩弹簧，压缩弹簧207动配合地布置在206中的孔中；但是，207亦可以是具有适于硬度或弹性的由弹性材料制成的可压缩的弹性构件，如硅胶、橡胶等；205、206、207构成本发明的一种凸形部分。208是拱形的限制部件，208中间有预定直径的孔209，210是导气孔，211是杯状的壳盖，212是固定胶或凝固树脂。其中，球形部件适于在孔209中移动、运动，在205、 206联接处，206的端面大于孔209，206易被208的端面阻止不能进入或通过孔209。球形部件205有预定的部分伸出孔209和208的端面，并且，球形部件205、承力部件206相连的一端、206的端面距离限制部件208的端面一预订的距离H2，所述的距离H2适于在所述凸形部分大的一端206承接或接受到输入力，并且，所述阻挡端与被阻挡端接触、H2＝0时，所述压力传感器芯片202上的弹性膜片部分不破损。工作原理同图3、4，通常距离H2的尺寸需要根据压力传感器芯片中的弹性膜片部分的最大许可变形量确定，或者，H2的尺寸需要根据压力传感器芯片的最大许可压力值确定。

通过图6的结构示意可知道，由于力传递部件中间串联有压缩弹簧或可压缩的弹性部件 207，因此，其中的距离H2更容易的标定，即相对图3中的H1距离而言，图6中的H2距离更大，因此更容易标定。

根据压力传感器芯片中的弹性膜片部分随力传递部件的位移或抵触运动或/和外部物体的位移或抵触运动而产生变形、并随之输出变化的电信号的特性，以及通过图3至6的提示，应该想到，本发明所述的传感器装置能够对外部物体的微位移或/和抵触运动进行检测，即外部物体的微位移或/和抵触量等于传感器装置输出电信号的最大值与最小值之差的值。当然，所述的微位移或/和抵触量等于传感器装置输出电信号的最大值与最小值之差的值并不可能具有较高的线性度，通常传感器装置输出电信号的最大值与最小值之差的值与微位移或/和抵触量的线性度关系需要一个数学模型进行校正或修正，其数学模型、校正或修正方法不在本发明的讨论之列。其中，所述的微位移只是相对较大距离的位移而言。

图6中的213是设置在承力部件206或本发明所述凸形部分大的一端或传感器装置检测端上的具有预订磁场强度的永磁体，为此，本发明图6、7所述的传感器装置还可以构成一种由外部磁性物体的磁场推动或磁场吸引的磁致伸缩微位移检测装置或磁力检测装置。另外，永磁体213亦可以布置在与力传递部件206检测端相对的壳体201上，即210所处的位置，从而，构成另外一种由外部磁性物体的磁场推动或磁场吸引的磁致伸缩微位移或磁力检测装置。

在图6中，如果对可压缩的弹性部件207选择适于的弹性模量、长度则可以增加传感器装置应用于微位移或/和抵触运动检测中的分辨率或量程。

根据对图6解释应该想到，在压力传感器芯片与力传递部件中间设置可压缩的弹性部件的技术方案，以及所述力传递部件的检测端上设有永磁体，或者，相对于力传递部件的检测端的壳体上设有永磁体的技术方案亦可以引用到本发明之外的力传感器、触力传感器装置中，并将其它的力传感器、触力传感器装置改变成可进行进行微位移、磁力等检测的传感器装置。同时，应该预见到本发明图6中的可压缩的弹性部件207、永磁体213布置方案同时亦可以引用到本发明下述举例的传感器装置中，但是，为了避免重复叙述，在下述举例中作了适当的省略。另外，应该想象到，永磁体亦可以设置在本发明所述的力传递部件的内部。

图8是图6的另一种B-B剖面示意图；特别是解释了图3中的限制部件107可以由图8中的208a、208b、208c、208d四个均布的条状体固定构成。同理，解释本发明的限制部件亦可以是内孔为三角形，正四边形、正多边形等多种结构的部件。

图9、10是本发明的一种传感器装置的结构示意图；其中，301是杯状的壳底，309是杯状的壳盖，310是导气孔，302是导电脚，303是压力传感器芯片，304是键合引线或导电线。305是不锈钢的球形部件；306是冒形承力部件；305、306构成本发明的一种力传递体部件。307是限制部件、亦是安装压力传感器芯片303的构件，通常由PCB电路板构成。311是固定303的粘结材料，限制部件307中间有预定直径的孔308，308适于不锈钢球305移动或转动。在305、306联接端，306的端面大于孔308，306被307端面阻止不能进入孔308。不锈钢球 305有预定的部分伸出孔308和限制部件307的端面，并且，球形部件305、承力部件306相连的一端距离限制部件307的端面一预订的距离H3。同理，工作原理同图3、4，所述的距离适于所述承力部件承接或接受到输入力、所述阻挡端与被阻挡端接触时，所述弹性膜片部分不破损，通常距离H3的尺寸需要根据压力传感器芯片中的弹性膜片部分的最大许可变形量确定，或者，H3的尺寸需要根据压力传感器芯片的最大许可压力值确定。

图11、12是本发明的一种压力传感器传感器装置的结构示意图；特别是对本发明所述力传递部件包括：由适于硬度或弹性的材料构成，具有预定厚度或高度的可压缩变形的弹性部分，所述可压缩变形的弹性部分适于直接对所述的弹性膜片部分进行抵触的传感器装置的解释。其中，401是杯状的底壳，402是PCB电路板，403、404是PCB电路板上的导电线路，其中，PCB电路板中间设有预定的孔，压力传感器芯片405布置在孔中并通过绝缘固定胶406 固定在PCB电路板上，压力传感器芯片上的导电线路通过可凝固的导电连接胶407、408与导电线路409、410电相连，导电线路409、410与导电管脚411、412电相连；413是绝缘固定胶，414是导气孔，415是中间设有预定孔的杯状的盖，416是具有预定厚度的、可压缩变形的弹性片，416通常由硅胶、橡胶等材料制成，417是承力部件，417通常由塑料、不锈钢制成。

通过图11可想到，如果弹性片416厚度适于、压缩变形量适于，承力部件417由塑料、不锈钢制成，并且，417伸出盖415的部分适于，则当417接受到预定的输入力，417伸出盖415的部分被推入盖415内，或者，417外端与盖415外面平齐时，由于416具有适于的弹性变形量，因此，压力传感器芯片405上的弹性膜片亦不会受到破坏，从而，亦可实现本发明。

图11的另外一种变化形式是，如果拆除可压缩变形的弹性片416，将承力部件417变更为预定直径的、可压缩变形的弹性球，并且，将417用于直接抵触压力传感器芯片405上的弹性膜片，417伸出盖415的部分适于，则当417接受到预定的输入力，417伸出盖415的部分被推入盖415内，或者，417外端与盖415外面平齐时，由于417具有适于的弹性变形量，因此，压力传感器芯片405上的弹性膜片亦不会受到破坏，从而，亦可实现本发明。

图11、12中，417的形状不局限于球形，417可以是适于直接或间接地抵触所述压力传感器芯片405上的弹性膜片部分的端部形状呈拱形或穹顶形的构件，或者，417亦可以是适于直接或间接地抵触所述压力传感器芯片405上的弹性膜片部分的端部为半球型、球冠形或球缺形的构件。

应该想到，图11、12中的407、408导电连接胶亦可用键合引线电连接的方式替换。

图13是本发明的一种传感器装置的剖视结构示意图；其中，501是杯状的壳底，502是杯状的壳盖，503是压力传感器芯片，504是电路板，505是导气孔，507是补强粘结材料或凝固树脂。508是不锈钢的球形部件；509是承力部件；511是圆环形限制部件，510是圆孔。压力传感器芯片503通过导电胶与电路板504上的导电线路506电连接。

通过图13可以了解到，所述力传递部件至少包括：球形部件508、承力部件509；所述球形部件508一端直接或间接地与503上的弹性膜片部分中间区域接触，球形部件508另一端与承力部件509相连，承力部件509适于承接或接受外部输入力；所述限制部件511适于将所述球形部件508限制在503上的弹性膜片部分中间区域的上方，并且，所述限制部件511上设有阻挡承力部件509的阻挡端5a，所述承力部件509上设有适于被所述阻挡端阻挡的被阻挡端5b；所述阻挡端5a、被阻挡端5b间设有预订的距离H4；所述的距离H4适于所述承力部件509承接或接受到输入力、所述阻挡端5a与被阻挡端5b接触时，即H4＝0时，所述 503上的弹性膜片部分不破损。具体工作原理同图3、4，通常距离H4的尺寸需要根据压力传感器芯片中的弹性膜片部分的最大许可变形量确定，或者，H4的尺寸需要根据压力传感器芯片的最大许可压力值确定。

图14是本发明的一种传感器装置的剖视结构示意图；其中，601是压力传感器芯片， 602是绝缘板、603是导电线路，602、603通常使用PCB电路板，604是金属底板，605是杯状的金属壳体，606、607、608是孔，609是导电脚，610是不锈钢的球形部件，611是不锈钢的承力部件，612是杯状金属上盖，613、614是绝缘凝固胶。导电脚609是在金属壳体605 是预留适于的槽后引出的，导电脚609与导电线路603采用点焊技术实现电连接的，压力传感器芯片与电路板导电线路间使用导电胶进行电连接。其中，金属壳体605的端面6a构成阻挡端，承力部件611的端面6b构成被阻挡端。所述阻挡端6a、被阻挡端6b间设有预订的距离H5，所述的距离H5适于所述凸形部分大的一端承接或接受到输入力，并且，所述阻挡端 6a与被阻挡端6b接触时，601上的弹性膜片部分不破损，通常距离H5的尺寸需要根据压力传感器芯片中的弹性膜片部分的最大许可变形量确定，或者，H5的尺寸需要根据压力传感器芯片的最大许可压力值确定。工作原理同图3、4。

通过图14的提示应该认识到，本发明所述的限制部件包括：由金属或合金材料制成、从所述阻挡端延伸至传感器装置底部的构件；其技术方案适用于本发明的全部传感器单元或传感器装置。各种构件的固定连接可采用：凝固胶、螺纹配合件、孔销配合件、卡插件等进行。

图15是本发明的一种压力传感器芯片布置在电路板板中的剖视结构示意图；其中701 是电路板，702是电路板上的孔，703是压力传感器芯片，704是凝固胶，705是不锈钢的球形，706、707是电路板上的导电线路或/和导电连接端，708是导电凝固胶。其中，凝固胶704将压力传感器芯片703固定在电路板的孔702内，压力传感器芯片703上的电连接线/和电连接端通过导电凝固胶708与电路板上的铜导线706、707电连接并引出在电路板的导电线路或/和导电连接端上。其中，所述的电路板707可以是PCB电路板，单层PCB电路板、多层PCB电路板，亦可以是包括PCB电路板、柔性电路板及其附件的复合构件；同时，应该理解到本发明所述的电路板部件是包括具有导电线路的构件、具有导电线路功能的构件的统称。

应当想象到，当所述的孔702的深度不能满足要求时，在所述电路板、孔上可以叠加一层或多层带有与所述孔相同内径的PCB电路板或PCB电路板圆环。

图15解释了本发明所述电路板部件上设有适于的孔，压力传感器芯片布置在所述的孔中，电路板部件与压力传感器芯片间通过可凝固的导电膏、导电浆、导电漆、导电凝固树脂或导电胶中的至少一种进行电连接，所述球形部件布置在所述的孔中的技术方案。

通过图15的提示，应该想到，本发明图15所示布置压力传感器芯片在电路板中的技术方案，亦可以引用到本发明之外的其它由压力传感器芯片构成的力传感器中而实现本发明。

图16是本发明的一种传感器装置的剖视结构示意图；其中，801是电路板，在电路板中设有适于的孔802，压力传感器芯片803布置在孔802中，801与803通过凝固胶804固定，805是电路板上的铜导线，806是导电脚，压力传感器芯片上的导电线路或导电连接端通过可凝固的导电膏、导电浆、导电漆、导电凝固树脂或导电胶807连接。808是具有适于内径的环形部件，812是808的内孔，808亦构成本发明所述的限制部件。809是外壳，810是球形部件，811是承力部件。808内径大于与球形部件810直径，即808、810间是动配合。810、 811构成本发明的一种力传递体部件。在810、811联接的一端，不锈钢球810有预定的部分伸出孔812和限制部件808的端面，811的端面大于孔812，811被808孔外部分阻止不能进入孔812；并且，球形部件810、承力部件811相连的一端，811端面距离限制部件808的端面一预订的距离H6。同理，工作原理同图3、4，所述的距离适于所述承力部件承接或接受到输入力、所述阻挡端与被阻挡端接触时，所述弹性膜片部分不破损，通常距离H6的尺寸需要根据压力传感器芯片中的弹性膜片部分的最大许可变形量确定，或者，H6的尺寸需要根据压力传感器芯片的最大许可压力值确定。

图17是本发明的一种传感器装置的剖视结构示意图；其中，901是电路板，在电路板中设有适于的孔902，压力传感器芯片903布置在孔902中，901与903通过凝固胶904固定，905是电路板上的铜导线，906的导电脚，压力传感器芯片上的导电线路或导电连接端907通过可凝固的导电膏、导电浆、导电漆、导电凝固树脂或导电胶908连接。909是限制部件， 913是限制部件中的孔，910是外壳，911是球形部件，912是承力部件。913内径大于与球形部件911的直径，即911、913间是动配合。911、912构成本发明的一种力传递体部件。在911、912联接的一端，不锈钢球911有预定的部分伸出孔913和限制部件909的端面，912 的端面大于孔913，912被913孔外部分阻止不能进入孔913；在球形部件911、承力部件912 相连的一端，912端面距离限制部件909的端面一预订的距离H7。同理，工作原理同图3、4，所述的距离适于所述承力部件承接或接受到输入力、所述阻挡端与被阻挡端接触时，所述弹性膜片部分不破损，通常距离H7的尺寸需要根据压力传感器芯片中的弹性膜片部分的最大许可变形量确定，或者，H7的尺寸需要根据压力传感器芯片的最大许可压力值确定。

图18是本发明的一种传感器装置的剖视结构示意图；特别是一种由两个压力传感器芯片，两个球形部件，所述的两个球形部件与一个承力部件相连的传感器装置。其中，A1是电路板，在电路板中设有适于的孔A2、A3，压力传感器芯片A4、A5布置在所述的孔中，A6、A7是固定压力传感器芯片的凝固胶，A8、A9是压力传感器芯片上的导电线路或导电连接端，A10、A11是电路板上的导电线，A12、A13是导电胶，A14是导电脚，A15、A16是外壳，A17、 A18是不锈钢球形部件，A19是承力部件，A20是气孔。其中，在A17、A18、A19联接端，A19 的端面大于孔压力传感器芯片内框；A19被A1端面阻止不能进入所述的内框，不锈钢球A17、 A18有预定的部分伸出内框A1的端面，并且，球形部件A17、A18、承力部件A19相连的一端距离A1的端面一预订的距离H8。工作原理同图3、4.所述的距离H8适于所述承力部件承接或接受到输入力、所述阻挡端与被阻挡端接触时，所述弹性膜片部分不破损，通常距离H8的尺寸需要根据压力传感器芯片中的弹性膜片部分的最大许可变形量确定,或者，H8的尺寸需要根据压力传感器芯片的最大许可压力值确定。其中，A1构成了本发明的限制部件。

图19是本发明的一种传感器装置的剖视结构示意图；特别是一种由两个压力传感器芯片，两个球形部件，所述的两个球形部件与一个承力部件相连的传感器装置。其中，B1是电路板，B2、B3是压力传感器芯片，B4、B5是气孔，B6、B7、B8、B9是键合引线，键合引线将压力传感器芯片的电连接端连接到电路板上的导电线路上，B10、B18是电路板上的引线端，B10、B18与压力传感器芯片电连接。B11是壳体，B12是限制部件，B12上分别设有孔B13、B14。B15、B16是球形部件，B17是承力部件。在B15、B16、B17联接端，B17的端面大于孔 B13、B14；B17被B12端面阻止不能进入孔B13、B14。不锈钢球B15、B16有预定的部分伸出孔B13、B14和限制部件B12的端面，并且，球形部件B15、B16、承力部件B17相连的一端距离限制部件B12的端面一预订的距离H9。同理，工作原理同图3、4，所述的距离适于所述承力部件承接或接受到输入力、所述阻挡端与被阻挡端接触时，所述弹性膜片部分不破损，通常距离H9的尺寸需要根据压力传感器芯片中的弹性膜片部分的最大许可变形量确定，或者，H9的尺寸需要根据压力传感器芯片的最大许可压力值确定。

图20是本发明的一种传感器装置的剖视结构示意图；特别是另一种由两个压力传感器芯片，两个球形部件，所述的两个球形部件与一个承力部件相连的传感器装置。其中，C1是电路板，C2、C3是压力传感器芯片，C4、C5是适于压力传感器芯片上的适于弹性膜片部分变形的孔，C6、C7是固定压力传感器芯片的凝固胶，C8、C9是电路板上的电引出端，C8、C9与压力传感器芯片C2、C3的导电端电相连。C10是限制部件，C11是壳体。C10上设有孔C12、C13。C14、C15是不锈钢球形部件，C16是承力部件。在C14、C15、C16联接端，C16的端面大于孔C12、C13；C16被C10端面阻止不能进入孔C12、C13。不锈钢球C14、C15有预定的部分伸出孔C12、C13和限制部件C10的端面，并且，球形部件C14、C15、承力部件C16相连的一端距离限制部件C10的端面一预订的距离H10。工作原理同图3、4，所述的距离适于所述承力部件承接或接受到输入力、所述阻挡端与被阻挡端接触时，所述弹性膜片部分不破损，通常距离H10的尺寸需要根据压力传感器芯片中的弹性膜片部分的最大许可变形量确定，或者，H10的尺寸需要根据压力传感器芯片的最大许可压力值确定。

通过图18、19、20提示应该想到，本发明的传感器装置包括：两个或两个以上按预订几何图形分布在一个基体上的压力传感器芯片，所述的压力传感器芯片的弹性膜片部分上分别布置有一个凸形部分小的一端，所述的凸形部分小的一端都联接/连接在一个所述凸形部分大的一端上。如此布置的传感器装置具有更大的检测面积；其中，所述预订几何图形通常是三角形、正方形、多边形中的至少一种等。应该理解到，图18、19、20中所述的传感器装置中压力传感器芯片输出的电信号之和则代表了外部输入力。

图21是本发明的一种传感器装置的轴向剖视结构示意图；特别是一种由两个或两个以上传感器单元可动地串联构成的传感器装置。其中，D1、D1a是一个传感器单元，D2、D2a是另一个传感器单元，D3、D3a是另一个传感器单元，D4、D4a是另一个传感器单元；其中，D1a、 D2a、D3a、D4a分别是各个传感器单元上的检测端或敏感端。所述的传感器单元的结构优先地选择如本发明图3、图6、图9、图13、图14、图16、图17所示中的至少一种结构；D5 是传感器装置检测端或敏感端，D6是筒体，D6是盖板，D8是筒体D6上的基板。传感器单元是可动地装入筒体D6中的。

通过图21的结构示意，应当理解到图21所示的传感器装置的量程范围或/和允许过载能力或/和额定压力是各个传感器单元的量程范围或/和允许过载能力或/和额定压力之和；图 21所示中的传感器单元可以是量程范围或/和允许过载能力或/和额定压力相同的传感器单元，亦可以是量程范围或/和允许过载能力或/和额定压力各不同的传感器单元；但是，为了提高量程范围，通常优先地选择量程范围或/和允许过载能力或/和额定压力各不同的传感器单元；因此，图21所示的传感器装置具有较大的量程范围或/和允许过载能力或/和额定压力；其中，传感器单元的数量可以根据应用范围设定。

图21所示传感器装置的工作原理是：当在检测端或敏感端D5上施加逐渐增加的外部输入力W时，各个传感器单元随之输出不同变化强度的电信号，各个传感器单元输出的电信号之和与外部输入力W成变化关系，由此，根据各个传感器单元输出的电信号之和可检测外部输入力W。由于各个传感器单元具有预订的限制过大的外部输入力作用在所述的弹性膜片部分上的限制部件，或者，由于各个传感器单元具有预订的量程范围或/和允许过载能力或/和额定压力；因此，当其中一个传感器单元达到最大许可值触力值时，该传感器单元的输出信号达到最大值，并且，该传感器单元的输出信号不随外部输入力变化，即该传感器单元停止继续检测或工作，但是，各个传感器单元输出的电信号之和仍然与外部输入力W成变化关系；当全部传感器单元达到最大许可值时，全部传感器单元的输出信号达到最大值，并且，全部传感器单元的输出信号不随外部输入力变化，即全部传感器单元停止继续检测或工作，即各个传感器单元输出的电信号之和不随外部输入力W成变化关系。

图21中所述的传感器单元可以是两个或两个以上，并且，所述传感器单元不局限于同方向地顺序布置，即图21中所述的传感器单元的检测端不局限于朝向同一个方向。

图21只是解释了一种由两个或两个以上传感器单元可动地沿同一轴线串联构成的传感器装置；应当理解地到，所述的传感器装置可以是用多个传感器单元分别沿两条或两条以上轴线串联构成的传感器装置。

通过对图21叙述或提示，应该想到，本发明所述传感器装置由两个或两个以上传感器单元可动地串联构成，所述一个传感器单元包括：至少一个压力传感器芯片、一个力传递部件和限制部件的技术方案亦可以引用到本发明之外其它力传感器或触力传感器上。

图21中的D5上亦可以布置一个具有预订磁场强度的永磁体，使该传感器装置变换成一种由外部磁性物体的磁场推动或磁场吸引的磁致伸缩微位移检测装置或磁力检测装置。永磁体朝向外部W的方向磁场极性可根据需要设定，即永磁体朝向W的磁场极性可以是N极、S 极，或者，永磁体N极、S极交叉的中间部位朝向W。

同理，亦应该想象到，永磁体亦可以布置在图21中外壳D6的底部、周围或外壳上，永磁体朝向W的磁场极性可以是N极、S极，或者，永磁体N极、S极交叉的中间部位朝向W，将D5固定在应该基体上来进行，实现由外部磁性物体的磁场推动或磁场吸引的磁致伸缩微位移检测装置或磁力检测装置。并且，应该想象到，布置在外壳D6上的永磁体可由能够产生推动磁场或吸引磁场的电磁线圈推动或驱动，即外壳上布置永磁体的传感器装置还可以布置在设有电磁线圈的壳体中，实现本发明的另外一种由电磁力推动的传感器装置，由此，增加本发明的应用灵活性。

图22是本发明的一种传感器装置的端面透视图结构示意图，或者，是本发明的一种从传感器装置的检测端的端面进行透视的传感器装置的透视结构示意图；图22解释了本发明的传感器装置可以是多个传感器单元分别沿两条或两条以上轴线串联构成。其中，E1、E2、E3、 E4是分别是四条轴线，E5、E6、E7、E8分别是沿轴线E1、E2、E3、E4串联构成的传感器单元组；所述的传感器单元组是由两个或两个以上传感器单元可动地沿同一轴线串联构成；传感器单元组可参考图21；E9是外壳、E10是传感器装置的检测端或敏感端。工作原理同图21，即各个传感器单元输出的电信号之和代表输入力的力值。

应当想到，本发明图21、22所述的传感器装置中，如果增加传感器单元的串联数量可以提高传感器装置的量程。

图23是本发明的一种传感器装置的轴向剖视结构示意图；特别是一种解释所述压力传感器装置布置在一个可压缩的弹性部件上的传感器单元或装置。其中，F1是一个传感器单元，F2是另一个传感器单元，所述的传感器单元F1、F2的结构优先地选择如本发明图3、图6、图9、图13、图14、图16、图17所示中的至少一种结构；F3是筒体，F4、F5是盖板，F9 是具有适于弹性模量的弹簧；传感器单元F1、F2是可动、串联地装入筒体F3中；F6是传感器装置检测端或敏感端，F7是布置在F6上的永磁体，S、N是永磁体的磁极，NW表示外部磁性抵触物体N极，或者，NW表示外部抵触物体的运动方向,F8是固定在筒体F3上的中间设有孔的限制部件，F8的结构形状可参照图3、4中的107。应该理解到，F6构成了本发明所述的凸形部分。其工作原理同图3或6和21。其中，H11是本发明所述阻挡端、被阻挡端间设有预订的距离，所述的距离适于所述凸形部分大的一端承接或接受到输入力，并且，所述阻挡端与被阻挡端接触时，F1、F2中的弹性膜片部分不破损。应该知道该传感器装置可由外部磁性物体实现磁场抵触、同时亦可以由外部物体实现直接抵触，并实现本发明所述的质量、重量、压力、触力、脉搏、血压、物体抵触或非接触微位移、磁致伸缩、磁力等检测，以及精密控制、按键、开关等控制。F9亦可以变换为具有适于硬度或弹性的可在筒体F3中压缩的弹性部件，如硅胶板、橡胶板等。

由于图23的传感器装置具有提高传感器装置灵敏度、分辨率，提高传感器装置过载能力的作用；因此，图23所述的技术方案亦可以引用到本发明之外其它力传感器或触力传感器上，提高它们的检测灵敏度。

通过图23的提示应该想到，如将压力传感器芯片布置在布置在一个基体上，基体再布置在一个可压缩的弹性部件上亦能构成本发明，其中，压力传感器芯片的电信号线可用柔性导电线引出；同理，图21至23所述传感器单元的电信号亦可用柔性导电线引出。

在本发明中，在球形部件或凸形部分小的一端与压力传感器芯片中的弹性膜片部分间可加装一层防止压力传感器芯片中的弹性膜片部分磨损的材料，如：绝缘润滑油、含绝缘油的布、摩擦系数较小的绝缘薄膜材料等；当然，在球形部件或凸形部分小的一端与压力传感器芯片中的弹性膜片部分之间亦可以加装一层具有适于厚度、适于硬度或弹性的弹性材料。本发明所述适于布置所述球形部件的孔优先地选择圆孔或正多边形的孔，所述正多边形孔包括：正三角形、正四边形、正五边形等，但是，不排除其它适于与球形部件动配合的孔或限制部件。本发明所述的球形部件通常是直径0.5至3毫米的球形部件，但是，不排除直径0.5至 3毫米之外的球形部件。本发明所述凸形部分小的一端的横截面形状亦可以是圆形、三角形或方形等，同理，所述凸形部分大的一端的横截面形状亦可以是圆形或方形等。另外，本发明中的球形部件亦可以变换成端部形状为拱形或穹顶形的部件，即所述凸形部分小的一端的端部形状为适于的拱形或穹顶形。

应当想到，本发明所述的压力传感器芯片不局限于图1、2中所示，压力传感器芯片可以是硅压力传感器芯片、扩散硅压力传感器芯片、MEMS压力传感器芯片、陶瓷压力传感器芯片以及绝压芯片、表压芯片、电阻芯片、电容芯片等，凡是包括弹性膜片部分和基体部分的压力传感器芯片都包含在本发明所述的压力传感器芯片之内。所述压力传感器芯片通常是面积 1至9平方毫米、厚度小于2毫米的芯片，但是，不排除1至9平方毫米、厚度小于2毫米之外的芯片。本发明所述的限制部件的结构形式不局限于本发明的举例。本发明所述的传感器装置的内部还可以布置处理压力传感器芯片信号的信号放大芯片、模数信号转换芯片及微控制器芯片等。本发明所述的电路板上还可根据需要布置其它传感器装置，如：贴片式温度传感器、贴片式光电距离传感器，等等。另外，应该想到，本发明说明书、权利要求书所述的部分技术特征适用于本发明之外的触力传感器的改进或使用；同时，亦应该想象到，本发明的力传递部件的检测端上还可能布置其它辅助装置，如光发射/接收传感器、温度传感器等。

以上所述只是本发明特定的举例，在不偏离本发明广义方面时，显然可能对本发明进行可以想象到的修改、变异或组合，因此，本发明的权利范围不应当受到特定举例和具体实施例的限制；本发明的旨在涵盖所有类似的修改、变异或组合，落在本发明所述的权利要求书的精神和范围之列的变异均属于本发明。

Claims (10)

1.一种传感器装置，包括：

压力传感器芯片，该压力传感器芯片包括弹性膜片部分、支撑弹性膜片部分的基体或框体部分，所述弹性膜片部分适于受到外部输入力或抵触运动时变形，并将变形量或外部输入力转换成电信号，

力传递部件，该力传递部件适于向所述弹性膜片部分所在的方向移动，适于直接或间接地抵触所述弹性膜片部分，

附件，该附件至少适于布置压力传感器芯片、力传递部件，

其特征在于：

所述力传递部件包括：由适于硬度或弹性的材料构成，具有预定厚度或高度的可压缩变形的弹性部分，

所述可压缩变形的弹性部分适于直接对所述的弹性膜片部分进行抵触。

2.一种传感器装置，包括：

压力传感器芯片，该压力传感器芯片包括弹性膜片部分、支撑弹性膜片部分的基体或框体部分，所述弹性膜片部分适于受到外部输入力或抵触运动时变形，并将变形量或外部输入力转换成电信号，

力传递部件，该力传递部件适于向所述弹性膜片部分所在的方向移动，适于直接或间接地抵触所述弹性膜片部分，

附件，该附件至少适于布置压力传感器芯片、力传递部件，

其特征在于：

所述力传递部件中间串联有可压缩的弹性部件。

3.一种传感器装置，包括：

压力传感器芯片，该压力传感器芯片包括弹性膜片部分、支撑弹性膜片部分的基体或框体部分，所述弹性膜片部分适于受到外部输入力或抵触运动时变形，并将变形量或外部输入力转换成电信号，

力传递部件，该力传递部件适于向所述弹性膜片部分所在的方向移动，适于直接或间接地抵触所述弹性膜片部分，

附件，该附件至少适于布置压力传感器芯片、力传递部件，

其特征在于：

所述压力传感器芯片或压力传感器装置布置在一个可压缩的弹性部件上。

4.一种传感器装置，包括：

压力传感器芯片，该压力传感器芯片包括弹性膜片部分、支撑弹性膜片部分的基体或框体部分，所述弹性膜片部分适于受到外部输入力或抵触运动时变形，并将变形量或外部输入力转换成电信号，

力传递部件，该力传递部件适于向所述弹性膜片部分所在的方向移动，适于直接或间接地抵触所述弹性膜片部分，

附件，该附件至少适于布置压力传感器芯片、力传递部件，

其特征在于，进一步包括：

所述力传递部件包括：两个或两个以上元件组合构成的凸形部分，或者，一个元件独立构成的凸形部分，

所述凸形部分小的一端设有预订的长度，适于直接或间接地抵所述触弹性膜片部分，

所述凸形部分大的一端适于承接或接受外部输入力，

限制部件，该限制部件的限制部分设定在弹性膜片部分与凸形部分的大小端联接/连接部位之间预订的位置，并且，所述限制部分适于所述凸形部分小的一端进入或通过限制部件、抵触所述的弹性膜片部分，所述限制部分还适于阻止所述凸形部分大的一端进入或通过限制部件。

5.根据权利要求4所述的传感器装置，其特征在于：

所述限制部件的限制部分为中间设有孔的构件，

所述凸形部分小的一端部分或全部地布置在所述的孔中，

所述凸形部分小的一端与所述孔间为动配合。

6.一种传感器装置，包括：

压力传感器芯片，该压力传感器芯片包括弹性膜片部分、支撑弹性膜片部分的基体或框体部分，所述弹性膜片部分适于受到外部输入力或抵触运动时变形，并将变形量或外部输入力转换成电信号，

力传递部件，该力传递部件适于向所述弹性膜片部分所在的方向移动，适于直接或间接地抵触所述弹性膜片部分，

壳体，该壳体至少适于布置压力传感器芯片、力传递部件，

其特征在于：

所述力传递部件上还设有永磁体，或者，

所述壳体上还设有永磁体。

7.一种传感器装置，包括：

压力传感器芯片，该压力传感器芯片包括弹性膜片部分、支撑弹性膜片部分的基体或框体部分，所述弹性膜片部分适于受到外部输入力或抵触运动时变形，并将变形量或外部输入力转换成电信号，

力传递部件，该力传递部件适于向所述弹性膜片部分所在的方向移动，适于直接或间接地抵触所述弹性膜片部分，

限制部件，该限制部件至少适于限制过大的外部输入力作用在弹性膜片部分上，

附件，该附件至少适于布置压力传感器芯片、力传递部件，

其特征在于：

所述传感器装置由两个或两个以上传感器单元可动地串联构成，

所述一个传感器单元包括：至少一个压力传感器芯片、一个力传递部件和限制部件。

8.根据权利要求1、2、3、4、5、6或7所述的传感器装置，其特征在于，进一步包括：

两个或两个以上按预订几何图形分布在一个基体上的压力传感器芯片，

所述的压力传感器芯片的弹性膜片部分上分别布置有一个凸形部分小的一端，

所述的凸形部分小的一端都联接/连接在一个所述凸形部分大的一端上。

9.根据权利要求1、2、3、4、5、6或7所述的传感器装置，其特征在于，进一步包括：

所述力传递部件适于直接或间接地抵触所述弹性膜片部分的端部形状呈拱形或穹顶形。

10.根据权利要求1、2、3、4、5、6或7所述的传感器装置，其特征在于，进一步包括：

所述力传递部件适于直接或间接地抵触所述弹性膜片部分的端部包括：球形端、半球型端、球冠形端或球缺形端中的至少一种。