CN111721331A

CN111721331A - 传感器设备

Info

Publication number: CN111721331A
Application number: CN202010200691.5A
Authority: CN
Inventors: F.格拉贝尔特
Original assignee: Festo SE and Co KG
Current assignee: Festo SE and Co KG
Priority date: 2019-03-21
Filing date: 2020-03-20
Publication date: 2020-09-29
Also published as: DE102019203878B4; DE102019203878A1

Abstract

本发明涉及一种传感器设备，具有传感器电路板，用于检测第一物理的参量的第一传感器组件和用于检测电容的第二传感器组件以及用于处理所述第一传感器组件和所述第二传感器组件的传感器信号的处理设备配属于所述传感器电路板，以及具有传感器壳体，所述传感器壳体具有凹口，所述传感器电路板容纳在所述凹口中，其中，所述第二传感器组件包括导电的传感器板，所述传感器板容纳在所述凹口中并且所述传感器板具有带有弹性地构造的接触弹簧的接触设备，其中，所述接触设备构造成用于使传感器板力配合地并且导电地耦联到所述传感器电路板处。

Description

传感器设备

技术领域

本发明涉及一种传感器设备，如其例如能够用于检测工作活塞沿着气动缸体的缸体轴线的位置。

背景技术

这种传感器设备例如从EP 2 002 221 B1已知。

发明内容

本发明的任务在于，提供一种传感器设备，在所述传感器设备的情况下，用户可以直接影响传感器信号在传感器设备中的处理。

对于具有权利要求1的特征的开头提及的类型的传感器设备，所述任务得到解决。根据本发明地，传感器设备包括传感器电路板，用于检测第一物理的参量的第一传感器组件和用于检测电容的第二传感器组件以及用于处理第一传感器组件和第二传感器组件的传感器信号的处理设备配属于所述传感器电路板，以及包括传感器壳体，所述传感器壳体具有凹口，传感器电路板容纳在所述凹口中，其中，第二传感器组件包括导电的传感器板，所述传感器板容纳在所述凹口中并且所述传感器板具有带有弹性地构造的接触弹簧的接触设备，其中，接触设备构造成用于使传感器板力配合地并且导电地耦联到传感器电路板处。

用于检测第一物理的参量的第一传感器组件是如下的传感器组件，所述传感器组件确定对于传感器设备的应用目的。示例性地，第一传感器组件能够构造成用于检测磁通量密度或磁场强度或温度并且提供模拟的或数字的传感器信号到处理设备处，所述处理设备是传感器设备的组成部件。示例性地，处理设备构造成微控制器或微处理器并且尤其取决于能够借助于第二传感器组件输入的用户预设内容来实现第一传感器组件的传感器信号的处理。

为此，传感器设备包括第二传感器组件，所述第二传感器组件构造成用于检测电容，以便能够在不应用如例如微型切换件这样的运动的部件的情况下检测操作者的操作意愿，藉由所述操作意愿能够促使第一传感器组件的传感器信号在处理设备中的处理的改变。第二传感器组件测定电容，所述电容在传感器设备通过操作者触碰时在操作者与配属于第二传感器组件的、导电地构造的传感器板之间产生。在此出现的电容变化由第二传感器组件转化成传感器信号，所述传感器信号被提供到处理设备处并且在此处实现第一传感器组件的传感器信号的处理的能够预设的改变。备选地，还能够设置成，第二传感器组件至少几乎完全地、尤其完全地集成在处理设备中，从而传感器板能够直接与处理设备的构造成第二传感器组件的功能区域电连接并且在处理设备之内进行第二传感器组件的传感器信号的内部的提供。

基于电容的检测来输入操作意愿是有利的，因为为此仅仅需要用户中的操作者靠近传感器设备，其中，第二传感器组件不需要运动的部件，所述运动的部件又会在密封传感器壳体时导致困难。更确切地说，导电地构造的传感器板用作第一电容器板或电容器电极，而用户形成所述电容器的第二电容器板或电容器电极。电容器的电容尤其取决于用户与传感器板的间距，示例性地，传感器板和第二传感器组件如下地与彼此相协调，使得当用户已经足够靠近传感器设备时，例如以手指触碰传感器设备时，提供切换信号到处理设备处。

为了实现在传感器板与传感器电路板之间的有利的机电的连接，传感器板设有接触设备，所述接触设备包括弹性地构造的接触弹簧，藉由所述接触弹簧能够将传感器板电耦联到传感器电路板处。此外，接触弹簧如下地容纳在传感器板处，使得传感器电路板能够如下地布置在接触弹簧与传感器板的区域之间，从而由此能够确保传感器电路板和接触设备的力配合的并且导电的耦联。

本发明的有利的改进方案是从属权利要求的主题。

适宜的是，传感器板尤其制造为由导电的材料、优选地由金属、尤其由锡青铜制成的平面平行板。由此，传感器板能够以有利的方式履行其作为电容器的两个电容器板中的一个电容器板的功能。优选地设置成，传感器板制造为由金属的原料、尤其由锡青铜制成的板材部件并且传感器板的最大的表面分别是平坦的并且平行于彼此地取向。

优选地设置成，接触设备与传感器板尤其作为冲压弯曲部件一件式地进行构造。由此确保由传感器板和接触设备构成的组合的成本适宜的制造。通过一件式的设计方案避免在接触设备与传感器板之间的接触困难。优选地，传感器板和在其处模制的接触设备在组合的冲压弯曲过程中示例性地由金属的带状材料制造并且在冲压弯曲过程期间完全制好，从而传感器板接着准备好装配到传感器电路板处。

有利的是，接触弹簧在延伸方向上具有J形的外形，所述延伸方向平行于传感器板的最大的表面、尤其平行于传感器板的最长的棱边取向。由此确保针对接触弹簧的有利的弹性性能，其中，接触弹簧以弯曲地构造的自由的端部区域导电地贴靠在传感器板的表面处。

在本发明的另外的设计方案中设置成，接触设备包括两个相对于彼此镜像对称地取向的接触弹簧，所述接触弹簧以弯曲地构造的自由的端部区域限制用于优选地构造成平面平行板的传感器电路板的容纳区域。在此，通过所述两个相对于彼此镜像对称地取向的接触弹簧确保在接触设备与传感器电路板之间的有利的、对称的力传递。由此能够放弃用于传感器板相对于传感器电路板的按规定的定向的另外的措施。示例性地设置成，接触弹簧的弯曲地构造的自由的端部区域相对于彼此具有如下间距，所述间距小于传感器电路板的厚度地进行选择，以便在传感器板装配到传感器电路板处时确保接触弹簧的充分的弹性的变形，藉由所述变形确保在传感器板与传感器电路板之间的持久的电的连接。

优选地设置成，第一传感器组件包括来自如下组的传感器：磁场传感器、加速度传感器、亮度传感器、温度传感器、压力传感器、流量传感器。典型地，第一传感器组件包括磁场传感器，例如霍尔传感器或霍尔传感器组件，藉由霍尔传感器或霍尔传感器组件能够确定磁场强度的数值和/或磁通量相对于传感器设备的取向。补充地或备选地，传感器组件还能够装备有其它的传感器，以便测定其它的物理的参量。

适宜的是，处理设备构造成用于取决于第二传感器组件的传感器信号改变第一传感器组件的传感器信号的处理和/或处理设备包括第二传感器组件。示例性地能够设置成，第二传感器信号被用于促使针对第一传感器组件的校准过程。示范性地设置成，传感器设备布置在气动缸体处，以便测定气动缸体的工作活塞的位置。为了所述位置测定，传感器设备的校准能够以如下方式进行设置，即例如工作活塞被带到极端位置中并且接着第二传感器组件通过用户的手指靠近传感器板产生如下信号，所述信号被处理设备解释为校准信号。补充地或备选地设置成，第二传感器组件构造成处理设备的组成部件。示例性地，处理设备构造成微处理器，在所述微处理器中进行第一传感器组件的传感器信号的处理。此外，处理设备包括如下功能区域，所述功能区域构造成用于检测电容，从而例如能够设置成，传感器板直接与处理设备的所述功能区域电连接。

通过经由第二传感器组件输入用户意愿，尤其能够根据能够预设的选择单结构（Menüstruktur）较综合地（komplexere）调整传感器设备。在此示例性地设置成，传感器设备具有至少一个显示设备、尤其发光二极管，借助所述显示设备能够用信号告知用户，用户目前处在用于输入操作者意愿的选择单结构之内的哪个位置处。

在本发明的另外的设计方案中设置成，传感器电路板包括用于导电地贴靠接触弹簧的导电地构造的、尤其镀锡的接触面。典型地，传感器电路板构造成印制电路（印刷电路板），在所述印制电路中，至少在表面层上，尤其在多个逐层地通过绝缘层分离的导体层中构造有导体电路，以便将处理设备的电的和电子的部件与彼此电连接。导体电路中的一个导体电路形成用于导电地贴靠接触弹簧的接触面并且以适合的方式与处理设备电连接。优选地设置成，接触面镀锡地构造，以便在传感器板装配到传感器电路板处之后在随后的加热过程中促使在传感器板与传感器电路板的接触面之间的材料配合的连接（焊接）。

有利的是，传感器板以最大的表面贴靠在传感器电路板的尤其电绝缘地构造的端侧处并且接触弹簧贴靠在传感器电路板的最大的表面处。此外能够设置成，传感器板的最大的表面和传感器电路板的最大的表面横向于彼此地取向并且传感器板相邻于凹口的底部区域布置在传感器壳体中。由此有利于传感器电路板和传感器板在传感器壳体中的紧凑的布置。

附图说明

在附图中示出本发明的有利的实施方式。其中：

图1示出传感器设备的透视的图示;

图2示出作为根据图1的传感器设备的重要的构件的传感器壳体、传感器电路板和安置在所述传感器电路板处的传感器板的透视的分解图示；

图3示出到根据图2的传感器板上的示意性的俯视图；

图4示出根据图2和3的传感器板的示意性的前视图；以及

图5示出根据图2、3和4的传感器板的示意性的透视的图示。

具体实施方式

在图1和2中示出的传感器设备1纯示范性地构造为所谓的缸体切换件，所述缸体切换件能够用于检测未示出的气动缸体的活塞的位置并且所述缸体切换件例如能够输出电的切换信号，只要气动缸体的活塞已经到达能够沿着线性的运动路径预设的位置。

示例性地，传感器设备1包括基本上方形地构造的传感器壳体2，所述传感器壳体适合用于装配到气动缸体的槽形的凹口中。为了确保传感器设备1在气动缸体处的可靠的锁止，摆动锁止件3能够转动运动地支承在传感器壳体2处，所述摆动锁止件能够在图1和2中示出的静止位置与未示出的锁止位置之间摆动。藉由摆动锁止件3能够得到传感器设备1在气动缸体处的力配合的固定。

为了操纵摆动锁止件3，所述摆动锁止件设有六边形的凹口4，所述六边形的凹口实现未示出的六角扳手的接合以用于导入到摆动角度3的摆动运动。为此，摆动锁止件3如下地容纳在传感器壳体2处，使得能够从传感器壳体2的上侧5接近摆动锁止件3的设有凹口4的区段，而摆动锁止件3的锁止区段6能够从在传感器壳体2的第一侧面8中的凹口7摆动出来。纯示范性地，第一侧面8以及前方的端面9和第二侧面10分别平坦地构造。优选地，第二侧面10如第一侧面8一样被相同的凹口7贯穿，从而在此处，摆动锁止件3的未示出的锁止区段也能够摆动出来。

传感器壳体2的后方的端面11被凹口12贯穿，所述凹口构造成用于容纳弯折保护件15，所述弯折保护件本身设置成用于固定在图1中仅仅简略示出的传感器线缆16。

传感器线缆16以未更详细地示出的方式由多条单独的绞合线构建，所述绞合线构造成用于从传感器设备1传递电的信号或电的供给能量或者将电的信号或电的供给能量传递到传感器设备1处并且所述绞合线与在图2中纯示意性地示出的传感器电路板17连接。

传感器电路板17例如构建为未更详细地示出的分层结构，所述分层结构由玻璃纤维增强的载体层（例如FR 4）和导电的层、尤其铜层构成。传感器电路板17用于布置仅仅示意性地示出的电的和电子的结构元件，所述结构元件通过导电的层的未更详细地示出的导体电路结构与彼此电连接。

示范性地，在传感器电路板17上布置有也可以被称为处理设备的微处理器18、构造成用于确定磁场的数值和方向的磁场敏感的霍尔传感器19的组件以及构造成用于检测电容的电路组件20。在此，霍尔传感器19形成第一传感器组件并且电路组件20形成第二传感器组件。

霍尔传感器19和电路组件20通过未更详细地示出的电的导体电路与微处理器18连接并且分别提供传感器信号到微处理器18处。示例性地，霍尔传感器19用于检测磁通量，所述磁通量由未示出的永磁体提供，所述永磁体本身固定在同样未更详细地示出的气动缸体的活塞处。

为了实现通过传感器设备在一时间点上输出切换信号，设置有传感器设备1的编程，在所述时间点时，活塞占据能够沿着运动路径预设的位置。所述编程能够通过未示出的操作者进行，所述操作者通过触碰传感器设备1将操作意愿输入到传感器设备1处，所述操作意愿引起传感器设备1的期望的编程。

还被称为第二传感器组件的电路组件20与导电地构造的传感器板21共同用于检测操作意愿，所述电路组件和传感器板共同形成电容传感器，所述电容传感器实现电容的检测。针对这种电容检测从如下出发，即传感器板21用作电容器的第一电容器板或电容器电极并且例如能够以手指触碰传感器设备1的用户形成第二电容器板或电容器电极，所述第二电容器板或电容器电极通过用作电介质的传感器壳体2与传感器板21分离。电路组件20构造成用于测定在所述电容器的电容中的变化并且例如在达到能够预设的电容时或在超过能够预设的电容变化时将切换信号提供到微处理器18处。

在传感器设备1的未示出的变型方案中设置成，第二传感器组件构造成微处理器的集成的组成部件，从而传感器板21可以直接联接到微处理器处并且与图2的图示不同地不需要分离的、尤其由分散的结构元件构建的电路组件20。

在传感器设备1的构建方式中，优选地由塑料、尤其以塑料注射成型方法制造的传感器壳体2用作用于电容器的电介质，从而实现操作意愿的检测，而为此不需要能够运动的部件，如其例如在使用用于输入操作意愿的微型切换件的情况下会进行设置的那样。

更确切地说，传感器板21与传感器电路板17共同容纳在传感器壳体2的凹口22中，其中，传感器板21尽可能靠近传感器壳体2的上侧5地布置在凹口22之内。示例性地设置成，凹口22具有第一井状区域23以及第二井状区域24，所述井状区域分别方形地构造并且在所述凹口22的两个井状区域23与24之间构造有容纳区段25。所述容纳区段25具有比所述两个井状区域23和24较小的深度并且设有多个分别从底部区域26出发并且相对于对称平面27对称地伸出的导引舌形件28。

导引舌形件28用于导引传感器电路板17，所述传感器电路板根据图2的图示构造为平面平行板并且沿着延伸轴线29具有矩形的外形，所述延伸轴线平行于对称平面27并且因此也平行于传感器壳体2的最长的棱边30取向。传感器电路板17局部地设有凹口31，所述凹口在投影到对称平面27中时具有U形的横截面并且所述凹口与容纳区段25的外形匹配。

传感器板21以最大的表面33贴靠在传感器电路板17的面向传感器壳体2的上侧5的端侧32处。在此设置成，在端侧32处没有设置有传感器电路板17的导电的结构，以避免传感器板21的不期望的电接触。更确切地说，传感器板21以接触设备34与传感器电路板17电地并且机械地耦联。示例性地，接触区域34根据图2的图示包括沿着延伸轴线29J形地成型的并且示范性地相对于对称平面27镜像对称地布置的接触弹簧35，所述接触弹簧以自由的端部区域36贴靠在传感器电路板17的接触面37处，以便确保在传感器板21与电路组件20之间的期望的电连接和形状配合的耦联。

示例性地，传感器板21制造为由未更详细地示出的金属带、尤其铜青铜制成的冲压弯曲部件。接触弹簧35的自由的端部区域36的间距38如下地与接触弹簧35的几何形状和材料强度以及传感器电路板17的厚度39相协调，使得在考虑到在制造传感器电路板17时以及在制造传感器板21和接触设备34时出现的公差的情况下，在传感器板21装配到传感器电路板17处时总是出现针对接触弹簧35的最小变形。由此，确保用于在接触设备34与传感器电路板17之间的力配合的连接的最小力。

纯示范性地设置成，传感器板21的最大的表面33基本上矩形地构造，其中，接触设备34安置在传感器板21的最长的棱边40的延长部中并且通过连接桥接部41与传感器板21连接。连接桥接部41的宽度小于传感器板21的宽度42地进行选择，以便一方面确保接触设备34到传感器板21处的稳定的机械的连结并且另一方面实现用于接触弹簧35的足够的自由的长度。

示例性地设置成，传感器电路板17的最大的表面44和传感器板21的最大的表面33相对于彼此成直角地取向。

此外，示例性地设置成，接触弹簧35以其J形的外形沿传感器板21的最长的棱边40的方向延伸并且接触设备34的最大的宽度43等同于传感器板21的宽度42进行选择。

此外，对于传感器设备1的装配设置有如下步骤：提供传感器电路板17连同联接在其处的传感器线缆16；将传感器板21的接触设备34推移（Aufschieben，有时译为推开）到传感器电路板17上，从而接触弹簧35力配合地夹住传感器电路板17并且建立在接触面37与接触弹簧35之间的电接触；将带有安置在其处的传感器板21和传感器线缆16的传感器电路板17放入到传感器壳体2的凹口22中，其中，传感器电路板17通过导引舌形件28在凹口22中正确地取向并且传感器板21直接相邻于传感器壳体2的上侧5地进入贴靠。接着传感器设备1被放入到塑料注射成型机器中，以便在塑料注射成型过程中模制弯折保护件15并且凹口22完全以塑料进行封闭，从而随后传感器设备1密封地封上地进行构造。

为了传感器设备1的开始运转，能够例如设置成，传感器线缆16以未更详细地示出的方式电联接在同样未示出的评估设备的输入联接部处。此外能够设置成，传感器设备1安置在同样未示出的气动缸体的缸体壳体处。在通过传感器线缆16提供电的供给并且在未示出的气动缸体的活塞对齐到优选位置中之后，操作者能够通过将其手指靠近传感器壳体2的上侧5引起对于通过操作者和传感器板21形成的电容器的电容改变。这种电容变化能够借助电路组件20探测到，所述电路组件本身能够将切换信号提供到微处理器18处，以便例如执行用于评估霍尔传感器19的传感器信号的编程功能。

Claims

1.传感器设备（1），具有传感器电路板（17），用于检测第一物理的参量的第一传感器组件（19）和用于检测电容的第二传感器组件（20）以及用于处理所述第一传感器组件（19）和所述第二传感器组件（20）的传感器信号的处理设备（18）配属于所述传感器电路板；以及具有传感器壳体（2），所述传感器壳体具有凹口（22），所述传感器电路板（17）容纳在所述凹口中，其中，所述第二传感器组件（20）包括导电的传感器板（21），所述传感器板容纳在所述凹口（22）中并且所述传感器板具有带有弹性地构造的接触弹簧（35）的接触设备（34），其中，所述接触设备（34）构造成用于使所述传感器板（21）力配合地并且导电地耦联到所述传感器电路板（17）处。

2.根据权利要求1所述的传感器设备，其特征在于，所述传感器板（21）尤其制造为由导电的材料、优选地由金属、尤其由锡青铜制成的平面平行板。

3.根据权利要求1或2所述的传感器设备，其特征在于，所述接触设备（34）与所述传感器板（21）尤其作为冲压弯曲部件一件式地进行构造。

4.根据权利要求1、2或3所述的传感器设备，其特征在于，所述接触弹簧（35）在延伸方向（29）上具有J形的外形，所述延伸方向平行于所述传感器板（21）的最大的表面（33）、尤其平行于所述传感器板（41）的最长的棱边（40）取向。

5.根据权利要求4所述的传感器设备，其特征在于，所述接触设备（34）包括两个相对于彼此镜像对称地取向的接触弹簧（35），所述接触弹簧以弯曲地构造的自由的端部区域（36）限制用于所述优选地构造为平面平行板的传感器电路板（17）的容纳区域。

6.根据前述权利要求中任一项所述的传感器设备，其特征在于，所述第一传感器组件（18）包括至少一个来自如下组的传感器：磁场传感器、加速度传感器、亮度传感器、温度传感器、压力传感器、流量传感器。

7.根据前述权利要求中任一项所述的传感器设备，其特征在于，所述处理设备（18）构造成用于取决于所述第二传感器组件（20）的传感器信号改变所述第一传感器组件（19）的传感器信号的处理和/或所述处理设备包括所述第二传感器组件。

8.根据前述权利要求中任一项所述的传感器设备，其特征在于，所述传感器电路板（17）包括用于导电地贴靠所述接触弹簧（35）的导电地构造的、尤其镀锡的接触面（37）。

9.根据前述权利要求中任一项所述的传感器设备，其特征在于，所述传感器板（21）以最大的表面（33）贴靠在所述传感器电路板（17）的尤其电绝缘地构造的端侧（32）处并且所述接触弹簧（35）贴靠在所述传感器电路板（17）的最大的表面（44）处。

10.根据权利要求9所述的传感器设备，其特征在于，所述传感器板（21）的最大的表面（33）和所述传感器电路板（17）的最大的表面（44）横向于彼此地取向并且所述传感器板（21）相邻于所述凹口（22）的底部区域布置在所述传感器壳体（2）中。