CN114930139B - 应变量规的对称修整 - Google Patents

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Abstract

提供了一种电路，其包括具有中心轴线和多个导体层段以及沿中心轴线延伸的修整区域的应变量规电阻器；其中应变量规电阻器的第一部分位于中心轴线的一侧上，并且应变量规电阻器的第二部分位于中心轴线的相对侧上。

Description

应变量规的对称修整
优先权的声明
本申请要求2019年9月17日提交的美国专利申请号62/901,721的优先权，该申请的全部内容通过引用并入本文。
背景技术
在微创外科手术期间的力感测和反馈为执行手术的外科医生带来更好的沉浸感、真实感和直观性。为了获得最佳的触觉渲染性能和准确性，力传感器可以放置在外科手术器械上并尽可能靠近解剖组织相互作用。触觉准确性的一种方法是使用包括位于手术器械轴的远端的梁上的以惠斯通电桥配置耦合的多个电应变量规的力传感器。例如，应变量规可以通过印刷或添加剂沉积工艺形成在梁上。例如，应变量规也可以通过印刷工艺添加。力传感器测量施加在梁上的力的变化。电桥电路配置是一种电路拓扑结构，其中两个电路分支(通常彼此并联)由连接在前两个分支之间的第三个分支在沿着它们的某个中间点处桥接。
为了能够放大来自电桥电路的输出信号，当电桥处于标称状态(例如，梁没有受力)时，通常期望电桥电路的DC偏移接近于零。这通常要求电桥是平衡的，并且电桥的相对半部分中的相应应变量规的电阻具有匹配的电阻值。通常，应变量规在其制造期间会被修整，以实现匹配的电阻值以平衡电桥。
例如，图1是示例电路10的说明性俯视图，电路10包括拉伸应变量规电阻器12和压缩应变量规电阻器32以及修整区域22、42。拉伸应变量规电阻器12包括由第一指状非导通区域14隔开的多个平行的第一细长段13，第一指状非导通区域14交替地从第一非导通边界区域16和第二非导通边界区域18延伸。拉伸应变量规电阻器12限定了第一蛇形电流流动路径20。拉伸应变量规电阻器12的电阻可以通过修整用作修整段的第一非导通区域14(例如虚线22内的非导通区域14)的长度调节第一电流流动路径20来调节。压缩应变量规电阻器32包括多个竖直对齐的第二细长段33，这些第二细长段33垂直于第一段13布置并且通过从第三非导通边界区域36和第四非导通边界区域38交替延伸的指状第二非导通区域34隔开。压缩应变量规电阻器32限定第二蛇形电流流动路径40。压缩应变量规电阻器32的电阻可以由第二电流流动路径40通过修整用作修整段的第二非导通区域34(例如虚线42内的非导通区域34)的长度来调节。
以前修整应变量规的方法能够导致对应变量规两端的应力的敏感度发生不希望的变化。现有的用于平衡应变量规电阻的修整方法能够导致应变量规的放置位置相对于初始预期放置位置发生明显偏移，这种明显偏移会在力测量中引入误差，这种误差在高精度力传感器中是不可接受的。
发明内容
在一个方面，提供了一种力传感器，其包括具有中性轴线的梁、拉伸应变量规电阻器和压缩应变量规电阻器，它们共用平行于中性轴线对齐的中心轴线。拉伸应变量规电阻器包括布置成提供第一电流路径的多个第一导体段，并且包括沿中心轴线延伸的第一修整区域。拉伸应变量规电阻器的第一部分位于中心轴线的一侧上，并且拉伸应变量规电阻器的第二部分位于中心轴线的相对侧上。压缩应变量规电阻器包括布置成提供第二电流路径的多个第二导体段，并且包括沿中心轴线延伸的第二修整区域。压缩应变量规电阻器的第一部分位于中心轴线的一侧上，并且压缩应变量规电阻器的第二部分位于中心轴线的相对侧上。
在另一方面，提供了一种压缩量规力传感器，其包括具有中性轴线的梁和具有平行于中性轴线布置的中心轴线的应变量规电阻器。应变量规传感器包括布置成提供第一电流路径的多个导体段，并且包括沿中心轴线延伸的非导通修整区域。应变量规电阻器的第一部分位于中心轴线的一侧，并且应变量规电阻器的第二部分位于中心轴线的相对侧上。多个导体段之一平行于中心轴线布置。其他导体段垂直于中心轴线布置。修整区域平分多个导体段之一的一部分。
在另一方面，提供了一种调节应变量规电路的电阻的方法。应变量规电阻器沿中心轴线在应变量规电阻器的具有第一电阻和第一布局模式(layout pattern)的第一部分与应变量规电阻器的具有第二电阻和第二布局模式的第二部分之间进行修整，第二电阻与第一电阻匹配，并且第二布局模式与第一布局模式匹配。
附图说明
在不一定按比例绘制的附图中，相似的数字可以在不同的视图中描述相似的部件。具有不同字母后缀的相似数字可以表示相似部件的不同实例。附图通过示例而非限制的方式总体地图示了本文档中讨论的各种实施例。
图1是示例电路的说明性俯视图，该电路包括拉伸应变量规电阻器和压缩应变量规电阻器以及修整段。
图2A是示例性电路的说明性俯视图，该电路包括拉伸应变量规电阻器和压缩应变量规电阻器，拉伸应变量规电阻器和压缩应变量规电阻器中的每个都具有关于中心轴线的匹配电阻和电阻模式(resistance patterns)并且具有沿着中心轴线的修整间隙。
图2B是沿图2A中的线2B-2B的示例T电阻器的薄片的说明性横截面侧视图。
图2C是沿图2A中的线2C-2C的示例C电阻器的薄片的说明性横截面侧视图。
图2D是沿图2A中的线2D-2D的示例C电阻器的薄片的说明性横截面侧视图。
图2E是沿图2A中的线2E-2E的示例T电阻器和示例C电阻器的薄片的说明性横截面侧视图，示出了在T电阻器的中间修整段内与在C电阻器的中间修整段内的示例相等修整。
图2F是沿图2A中的线2E-2E的示例T电阻器和示例C电阻器的薄片的说明性横截面侧视图，示出了与在T电阻器的中间修整段内的修整相比，在C电阻器的中间修整段内的示例更大的修整。
图2G是沿图2A中的线2E-2E的示例T电阻器和示例C电阻器的薄片的说明性横截面图，示出了与在C电阻器的中间修整段内的修整相比，在T电阻器的中间修整段内的示例更大的修整。
图3是表示示例修整过程的说明性流程图。
图4是示例力传感器的说明性透视图，其包括具有四个全惠斯通电桥(全桥)的矩形梁。
图5是根据一些实施例的具有安装在其上的力传感器梁的外科手术器械的远侧部分的说明性侧视图，以部分切割的方式示出。
具体实施方式
图2A是示例性拉伸应变量规电阻器105和压缩应变量规电阻器107的说明性俯视图，每个布置成具有在中心轴线113的相对侧上的匹配电阻和电阻布局模式，并且具有沿中心轴线113布置的修整区域109。更具体地，图2A示出了示例力传感器100，其包括梁106，梁106具有侧表面110，在其上具有拉伸应变量规电阻器105和压缩应变量规电阻器107。位于侧表面110上的平面导体区域103经定轮廓包括非导通区域152、154、156、160，它们一起限定了拉伸应变量规电阻器(‘T-resisor’)105。平面导体区域103经定轮廓还包括非导通区域174、176、156、178，它们一起限定了压缩应变量规电阻器(‘C电阻器’)107。T电阻器105和C电阻器107的轮廓确定了它们相应的电阻和应变敏感性。T电阻器105和C电阻器107共用公共中心轴线113，公共中心轴线113平行于梁的中性轴线(未示出)延伸。例如，梁的中性轴线通常与梁的侧面等距。示例平面区域材料可以包括导体材料，例如镍铬合金、康铜合金、卡玛(Karma)合金。
沿中心轴线113定位的非导通修整区域109的尺寸可以被调节以调节T电阻器105的电阻。更具体地，在示例T电阻器105中，沿中心轴线布置在T电阻器的中心修整段150M内的非导通T电阻器修整的区域部分109T的长度可以被调节以调节T电阻器105的电阻。类似地，沿中心轴线113定位的非导通修整区域109的尺寸可以被调节以调节R电阻器105的电阻。更具体地，沿中心轴线113在C电阻器107的中间导体段170M内的非导通C电阻器修整区域部分109C的长度可以被修整以调节C电阻器107的电阻。
T电阻器105包括多个细长的拉伸电阻器导体段150，它们彼此平行并与中心轴线113布置，并且通过垂直于中心轴线113延伸的短段152在细长的导体段150的相对端处相互连接，以在第一节点181和第二节点182之间形成连续的蛇形或蛇状第一电流流动路径162。交替的第一细长非导通拉伸电阻器间隙区域154和第二细长非导通拉伸电阻器间隙区域156在相邻细长T电阻器段150之间平行于中心轴线113呈指状延伸。第一拉伸电阻器非导通间隙区域154从第一非导通边界区域158平行于中心轴线113呈指状延伸。第二拉伸电阻器非导通间隙区域156从第二非导通边界区域160平行于中心轴线113呈指状延伸。在示例力传感器100中，第一非导通边界区域158包括第一非导通间隙边界区域，并且第二非导通边界区域160包括平面导体区域103的外边缘。T电阻器电流遵循在相应的第一节点181和第二节点182之间沿着T电阻器105内的细长段150和短段152由虚线162指示的第一电流流动路径。
短段152比长段宽，以便与所有长段150的总电阻相比，减小所有短段152的总电阻。在一个示例拉伸应变量规电阻器105中，短段152的宽度是第一拉伸电阻器导通区域150的宽度的至少三倍并且优选地至少四倍。
示例T电阻器105包括奇数个细长导体段150。具体地，示例T电阻器包括七个细长段150。平行于中心轴线113布置的中间细长段150M位于也平行于中心轴线113布置的两组三个细长段150之间。中心轴线113将中间细长段150M的一部分平分。非导通T电阻器修整区域109T从第一非导通边界区域158沿中心轴线延伸到中间细长段150M中。非导通T电阻器修整区域109T的长度影响第一电流流动路径162，它决定了T电阻器105的电阻。非导通T电阻器修整区域109T的长度越大，第一电流流动路径和162越长，T电阻器105的电阻值越大。
C电阻器107包括多个细长压缩电阻器导体段170，这些导体段相互平行并垂直于中心轴线113布置，并且在细长导体段170的相对端处通过平行于中心轴线113延伸的短段172互连，以在第一节点181和第三节点183之间形成连续的蛇形或蛇状第二电阻路径180。交替的第一细长非导通压缩电阻器间隙区域174和第二细长非导通压缩电阻器间隙区域176平行于中心轴线113在相邻细长C电阻器段170之间呈指状延伸。第一压缩电阻器非导通间隙区域174从第一非导通边界区域158平行于中心轴线113呈指状延伸。第二压缩电阻器非导通间隙区域176从第三非导通边界区域178平行于中心轴线113呈指状延伸。在一个示例力传感器100中，第三非导通边界区域178包括非导通间隙区域。由虚线180指示的第二电流流动路径在相应的第一节点181和第三节点183之间在C电阻器107内的细长段170和短段172内延伸。
短段172比长段宽，以便与所有长段170的总电阻相比，减小所有短段172的总电阻。在一个示例压缩应变量规电阻器107中，短段172的宽度是第二压缩电阻器导通区域170的宽度的至少三倍并且优选地至少四倍。
示例C电阻器107还包括平行于中心轴线113布置的可调节中间细长导体段170M。C电阻器107包括多个细长的导体段170，这些导体段布置在中间导体段170M的外围并且垂直于中心轴线113。具体而言，示例C电阻器107包括十七个细长导体段。中间细长中间导体段170M平行于中心轴线113布置并且位于围绕中间导体段170M并垂直于中心轴线113布置的两组八个细长外围段170之间。中心轴线113将中间细长修整段170M的一部分平分。非导通C电阻器修整区域109C从第一非导通边界区域158沿中心轴线113延伸到C电阻器107的中间细长修整段170M中。非导通C电阻器修整区域109C的长度影响第二电流流动路径180，其决定了C电阻器107的电阻。更具体地，非导通C电阻器修整区域109C的长度越大，第二电流流动路径180越长，并且C电阻器107的电阻值越大。
中心轴线将T电阻器105平分。T电阻器包括位于中心轴线113的一侧上的第一T电阻器部分105-1和位于中心轴线113的相对侧上的第二T电阻器部分105-2。电阻值和电阻布局模式在第一T电阻部分105-1和第二T电阻部分105-2内匹配。如本文所用，术语应变量规电阻器的“电阻模式”是指应变量规电阻器的布局。在示例T电阻器105中，第一T电阻器部分105-1和第二T电阻器部分105-2关于中心轴线113对称布置。在示例T电阻器105中，三个导体段150和中间导体段150M的一半被包括在第一T电阻器部分105-1中，并且三个导体段150和中间导体段150M的另一半被包括在第二T电阻器部分105-2中。在示例T电阻器105中，第一T电阻器部分105-1和第二T电阻器部分105-2是彼此关于中心轴线113的镜像。
类似地，中心轴线将C电阻器107平分。C电阻器107包括位于中心轴线113的一侧上的第一C电阻器部分107-1和位于中心轴线113的相对侧上的第二C电阻器部分107-2。电阻和电阻模式在第一C电阻器部分107-1和第二C电阻器部分107-2内匹配。在示例C电阻器107中，第一C电阻器部分107-1和第二C电阻器部分107-2关于中心轴线113对称布置。在示例C电阻器107中，八个导体段170和中间导体段170M的一半被包括在第一C电阻器部分107-1中，并且八个导体段170和中间导体段170M的另一半被包括在第二C电阻器部分107-2中。在示例C电阻器107中，第一C电阻器部分107-1和第二C电阻器部分107-2是彼此关于中心轴线113的镜像。
第一T电阻器部分105-1和第二T电阻器部分105-2具有匹配的应变敏感性，因为它们的电阻和电阻模式匹配。同样，第一C电阻器部分107-1和第二C电阻器部分107-2具有匹配的应变敏感性，因为它们的电阻值和电阻模式匹配。如本文所用，术语“应变敏感性”是指当沿感测平面施加力时，由力引起的应变变化与电阻的相应变化之间的关系。如本文所用，中心轴线113的相对侧上的“匹配应变灵敏度”是指在中心轴线的相对侧上的对应匹配位置处力变化和电阻变化之间的匹配关系。
在生产和测试期间，非导通T电阻器修整间隙部分109T沿中心轴线113的长度尺寸可以被调节以调节T电阻器105的电阻。由于非导通T电阻器修整区域109T的长度是沿中心轴线113调节的，并且由于T电阻器关于中心轴线113对称，所以调节修整区域109T的长度不会扰乱第一T电阻器部分105-1和第二T电阻器部分105-2的电阻、电阻模式和应变敏感性之间的匹配关系。类似地，在生产和测试期间，可以调节非导通C电阻器修整区域109C沿中心轴线113的长度尺寸以调节C电阻器107的电阻。由于非导通C电阻器修整间隙部分109C的长度是沿中心轴线113调节的，并且由于C电阻器107关于中心轴线113对称，调节修整间隙部分109C的长度不会扰乱第一C电阻器部分107-1和第二C电阻器部分107-2的电阻、电阻模式和应变敏感性之间的匹配关系。
图2B是沿图2A中的线2B-2B的示例T电阻器105的薄片的说明性横截面侧视图。例如，平面导体区域103设置在电介质层185上，电介质层185包括诸如玻璃和聚酰胺的材料。交替第一细长非导通拉伸电阻器间隙区域154和第二细长非导通拉伸电阻器间隙区域156在相邻的细长T电阻器段150之间延伸。
图2C是沿图2A中的线2C-2C的示例C电阻器107的薄片的说明性横截面侧视图。平面导体区域103设置在电介质层185上。交替的第一细长非导通压缩电阻器间隙区域174和第二细长非导通压缩电阻器间隙区域176在相邻的细长C电阻器段170之间延伸。在横截面视图的一端处的细长C电阻器段170位于第二细长非导通压缩电阻器间隙区域176中的一个和第一非导通边界区域158之间。
图2D是沿图2A中的线2D-2D的示例C电阻器107的薄片的说明性横截面侧视图。平面导体区域103设置在电介质层185上。C电阻器107由第一非导通边界区域158和第三非导通边界区域178界定。平行于中心轴线113延伸的中间细长修整段170M位于第三非导通区域178的分支之间。
图2E是沿图2A中的线2E-2E的示例性T电阻器105和示例性C电阻器107的薄片的说明性横截面侧视图，示出了T电阻器105的中间修整段150M和C电阻器107的中间修整段170M的示例性相等修整。T电阻器修整区域109T和C电阻器修整区域109C各自与第一非导通边界区域158相交。相应的虚线区域150M1指示T电阻器105的中心部分150M的一部分被去除，例如通过激光修整或掩膜和化学蚀刻以调节T电阻器修整区域109T的长度，以调节T电阻器105的电阻。相应的虚线区域170M1指示C电阻器107的中心部分170M的一部分被去除以调节C电阻器修整区域109C的长度，以调节C电阻器107的电阻。T电阻器105的中心部分150M和C电阻器107的中心部分170M的等量被示为在图2E的示例中已被去除。
图2F是示例性T电阻器105和示例性C电阻器107沿图2A中的线2E-2E的薄片的说明性横截面侧视图，示出了与在T电阻器105的中间修整段105M内的修整相比，在C电阻器107的中间修整段170M内的示例更大的修整。相应的虚线区域150M2指示T电阻器105的中心部分150M的一部分被去除以调节T电阻器修整区域109T的长度，从而调节T电阻器105的电阻。相应的虚线区域170M2指示C电阻器107的中心部分170M的一部分被去除以调节C电阻器修整区域109C的长度，从而调节C电阻器107的电阻。
图2G是沿图2A中的线2E-2E的示例T电阻器105和示例C电阻器107的薄片的说明性横截面图，示出了与在C电阻器107的中间修整段170M内的修整相比，在T电阻器105的中间修整段150M内的示例更大的修整。相应的虚线区域150M3指示T电阻器105的中心部分150M的一部分被去除以调节T电阻器修整区域109T的长度，从而调节T电阻器105的电阻。相应的虚线区域170M3指示C电阻器107的中心部分170M的一部分被去除以调节C电阻器修整区域109C的长度，从而调节C电阻器107的电阻。
调节T电阻器修整区域109T的长度调节第一电流流动路径162。增加T电阻器修整区域109T的长度会增加第一电流流动路径162内的电流流动距离。增加T电阻器修整区域109T的长度会增加在中间修整段150M内沿中心轴线113的方向上的电流流动距离。类似地，调节C电阻器修整区域109C的长度调节第二电流路径180。增加C电阻器修整区域109C的长度增加了第二电流流动路径180内的电流流动距离。增加C电阻器修整区域109C的长度会增加在中间修整段170M内沿中心轴线113的方向上的电流流动距离。
图3是表示示例修整过程190的说明性流程图。例如，修整过程的目的可以通过增量修整(即去除导体材料)调节主题应变量规电阻器的电阻。替代地或附加地，例如，修整过程的目的可以是调节或调谐惠斯通电桥的零偏移以在电桥被供电时将电桥平衡在期望电压。导体材料的逐渐去除逐渐增加了电阻器的电阻。过程190可用于拉伸应变量规电阻器和压缩应变量规电阻器。在步骤192中，测量跨过主题应变量规电阻器的电阻。在判定步骤194中，确定所测量的电阻是否可接受。例如，在生产和测试惠斯通电桥电路的情况下，可接受的电阻可以是电桥内的相应电阻具有匹配的电阻值的电阻。更具体地，例如，典型的电桥电路是平衡的，因为拉伸应变电阻器的电阻值匹配并且压缩应变电阻器的电阻值匹配。如果测量的电阻值是可接受的，则该过程结束。如果测量的电阻值不可接受，则在步骤196，确定修整量。通常，去除的导体材料的量和电阻的变化之间存在已知的关系。基于主题应变量规电阻器的目标电阻选择修整量。在步骤198中，将主题电阻器修整确定的量。修整可以涉及使用激光切掉导体区域的一部分。
替代地，例如，修整可以涉及掩膜和化学蚀刻。然后该过程返回到步骤192。因此，过程190递增地修整主体应变量规直到达到目标电阻。在图2A的T电阻器105的情况下，过程190涉及增量修整以增量地增加T电阻器修整区域109T的长度，以增量地增加T电阻器105的电阻。在图2A的C电阻器107的情况下，过程190涉及增量修整以增量地增加C电阻器修整区域109C的长度以增量地增加T电阻器105的电阻。
图4是示例力传感器408的说明性透视图，其包括具有四个全惠斯通电桥(全桥)FB1-FB4的矩形梁。第一全桥电路FB1和第三全桥电路FB3形成在矩形梁414的相应正交相邻的第一面410和第二面412的近端部分414P上。第二全桥电路FB2和第四全桥电路FB4形成在矩形梁414的相应的正交相邻的第一面410和第二面412的远端部分414D上。每个电桥电路包括第一拉伸应变量规RT1和第一压缩应变量规RC1，并且包括第二拉伸应变量规RT2和第二压缩应变量规RC2。示例应变量规电阻器RT1、RC1、RT2和RC2可以包括图2A的T电阻器105和C电阻器107的实例，并且可以根据图3的过程生产。每个电桥电路包括第一应变量规对RT1/RC1，第一应变量规对RT1/RC1包括串联电耦合的第一拉伸应变量规RT1和第一压缩应变量规RC1，并且包括第二应变量规对RT2/RC2，第二应变量规对RT2/RC2包括串联电耦合的第二拉伸应变量规RT2以及第二压缩应变量规RC2。每个电桥电路的第一应变量规对RT1/RC1与电桥电路的对应的第二拉伸应变量规对RT2/RC2并联电耦合。
FB1在近端414P和远端414D处的相应第一应变量规对(RT1/RC1)沿着第一中心轴线418布置在梁414上，该第一中心轴线418沿着平行于梁中性轴线416的第一面410延伸，梁中性轴线416在梁414内与梁414的侧面等距地延伸。在近端414P和远端414D处的FB1的FB2的相应第二应变量规对(RT2/RC2)沿着第二中心轴线420布置在梁414上，第二中心轴线420沿着梁中性轴线416平行于第一面410延伸。梁414的近端部分处的第一电桥电路FB1内的第一对(RT1/RC1)和梁414的远端部分处的第二电桥电路FB2内的第一对(RT1/RC1)沿公共第一中心轴线418布置并且共用公共第一中心轴线418。在梁414的近端部分处的第一电桥电路FB1内的第二对(RT2/RC2)和在梁114的远端部分处的第二电桥电路FB2内的第二对(RT2/RC2)沿公共第二中心轴线420布置并且共用公共第二中心轴线420。第三全桥FB3和第四全桥FB4的第一和第二应变量规对类似地沿着对应的第一中心轴线418和第二中心轴线420布置，第一中心轴线418和第二中心轴线420沿着第二面412平行于中性轴线416延伸通过它们相应的第一和第二应变量规对。虽然本文描述指的是全桥电路，但是应当理解，本文描述的应变量规电阻器可以用于分离式全桥电路和半桥电路，例如，诸如在2017年11月17日提交的题为“Force Sensor with Beam and Distributed Bridge Circuit(具有梁和分布式电桥电路的力传感器)”的美国临时申请SN62/586,166中描述的那些电阻器，该临时申请的全部内容通过引用明确地并入本文。
此外，虽然图4的示例力传感器408示出了在两个不同的侧面410、412上的电桥电路，在本文中称为“两侧”布置，但替代示例力传感器(未显示)可以包括在仅一个侧面上的电桥电路，在本文中称为“单侧”布置。替代示例双侧和单侧布置可以包括全桥、分离全桥电路或半桥电路。
图5是根据一些实施例的带有具有安装在其上的力传感器梁206的细长轴504的外科手术器械502的远侧部分的说明性侧视图，以部分切割的方式示出。手术器械502包括末端执行器508，例如，末端执行器508可以包括可铰接的钳口。在外科手术期间，末端执行器508接触解剖组织，这可能导致X、Y或Z方向的力，并且可能导致力矩，例如关于y方向轴线的力矩MY。包括纵向中性轴线510的力传感器506可用于测量纵向轴线510的X和Y力。示例梁506具有矩形横截面。近侧全桥电路520和远侧全桥电路位于梁506的侧面的相对端部分。在另一个示例梁中，分离的全桥电路或半桥电路可以位于梁的侧面上。此外，不同的替代示例梁可以具有电桥电路的双侧布置或电桥电路的单侧布置。
以上描述被呈现以使本领域的任何技术人员能够创建和使用对称修整的应变量规。对于本领域技术人员来说，对示例的各种修改将是明显的，并且本文定义的一般原理可以应用于其他示例和应用而不背离本发明的范围。在前面的描述中，为了解释的目的阐述了许多细节。然而，本领域普通技术人员将认识到，可以在不使用这些具体细节的情况下实践本公开中的示例。在其他情况下，为了不以不必要的细节混淆本发明的描述，以框图形式示出了已知的过程。在某些地方使用相同的附图标记来表示不同附图中相同或相似项目的不同视图。因此，实施例和示例的前述描述和附图仅说明本发明的原理。因此，应当理解，本领域技术人员可以对实施例进行各种修改而不脱离本发明的范围，本发明的范围由所附权利要求限定。

Claims (41)

1.一种力传感器，其包括：
梁、拉伸应变量规电阻器和压缩应变量规电阻器；
其中所述梁包括中性轴线；
其中所述拉伸应变量规电阻器位于所述梁上，并且所述压缩应变量规电阻器位于所述梁上；
其中所述拉伸应变量规电阻器和所述压缩应变量规电阻器共用平行于所述中性轴线的公共中心轴线；
其中所述拉伸应变量规电阻器包括布置成提供第一电流路径的多个第一导体段、沿所述中心轴线延伸的第一非导通修整区域、位于所述中心轴线的第一侧上的所述拉伸应变量规电阻器的第一部分，以及位于所述中心轴线的第二侧上的所述拉伸应变量规电阻器的第二部分，所述中心轴线的所述第二侧与所述中心轴线的所述第一侧相对；并且
其中所述压缩应变量规电阻器包括布置成提供第二电流路径的多个第二导体段、沿所述中心轴线延伸的第二非导通修整区域、位于所述中心轴线的所述第一侧上的所述压缩应变量规电阻器的第一部分，以及位于所述中心轴线的所述第二侧上的所述压缩应变量规电阻器的第二部分。
2.根据权利要求1所述的力传感器，其中：
所述多个第一导体段包括平行于所述中心轴线布置的多个细长拉伸电阻器导体段，并且所述第一非导通修整区域将平行于所述中心轴线布置的所述细长拉伸电阻器导体段之一的一部分平分；
所述多个第二导体段之一平行于所述中心轴线布置，并且所述第二非导通修整区域将平行于所述中心轴线布置的所述多个第二导体段之一的一部分平分；并且
所述第二导体段中的另一个或多个垂直于所述中心轴线布置。
3.根据权利要求1或2中的任一项所述的力传感器，其中：
所述拉伸应变量规电阻器的所述第一部分的电阻与所述拉伸应变量规电阻器的所述第二部分的电阻匹配；并且
所述压缩应变量规电阻器的所述第一部分的电阻与所述压缩应变量规电阻器的所述第二部分的电阻匹配。
4.根据权利要求1或2中的任一项所述的力传感器，其中：
所述拉伸应变量规电阻器的所述第一部分的布局模式与所述拉伸应变量规电阻器的所述第二部分的布局模式匹配；并且
所述压缩应变量规电阻器的所述第一部分的布局模式与所述压缩应变量规电阻器的所述第二部分的布局模式匹配。
5.根据权利要求1或2中的任一项所述的力传感器，其中：
所述拉伸应变量规电阻器的所述第一部分的电阻与所述拉伸应变量规电阻器的所述第二部分的电阻匹配；
所述压缩应变量规电阻器的所述第一部分的电阻与所述压缩应变量规电阻器的所述第二部分的电阻匹配；
所述拉伸应变量规电阻器的所述第一部分的布局模式与所述拉伸应变量规电阻器的所述第二部分的布局模式匹配；并且
所述压缩应变量规电阻器的所述第一部分的布局模式与所述压缩应变量规电阻器的所述第二部分的布局模式匹配。
6.根据权利要求1或2中的任一项所述的力传感器，其中：
所述拉伸应变量规电阻器的所述第一部分是所述拉伸应变量规电阻器的所述第二部分关于所述中心轴线的镜像；并且
所述压缩应变量规电阻器的所述第一部分是所述压缩应变量规电阻器的所述第二部分关于所述中心轴线的镜像。
7.根据权利要求1或2中的任一项所述的力传感器，其中：
所述拉伸应变量规电阻器的所述第一非导通修整区域将所述第一导体段的中间一个的一部分平分；并且
所述压缩应变量规电阻器的所述第二非导通修整区域将所述第二导体段的中间一个的一部分平分。
8.根据权利要求1或2中的任一项所述的力传感器，其中：
所述第一导体段是奇数个第一导体段；并且
所述第一非导通修整区域将所述第一导体段之一的一部分平分。
9.根据权利要求1或2中的任一项所述的力传感器，其中：
所述第一导体段由位于偶数个其他第一导体段之间的中间第一导体段组成；并且
所述修整区域将所述中间第一导体段的一部分平分。
10.根据权利要求1或2中的任一项所述的力传感器，其中：
所述第一导体段被布置成提供蛇形第一电流路径；并且
所述第二导体段被布置成提供蛇形第二电流路径。
11.根据权利要求1或2中的任一项所述的力传感器，其中：
所述力传感器包括多个第一非导通区域和多个第二非导通区域；
所述多个第一非导通区域包括在每个所述第一导体段之间的第一非导通间隙，并且所述第一非导通间隙被布置成限定所述多个第一导体段；
所述多个第二非导通区域包括在每个所述第二导体段之间的第二非导通间隙，并且所述第二非导通间隙被布置成限定所述多个第二导体段；并且
所述第一非导通区域和所述第二非导通区域关于所述中心轴线对称布置。
12.根据权利要求1或2中的任一项所述的力传感器，其中：
所述力传感器包括：电介质层、多个第一非导通区域和多个第二非导通区域；
所述多个第一导体段和所述多个第二导体段覆盖所述电介质层；
所述多个第一非导通区域包括在每个所述第一导体段之间的第一非导通间隙，并且所述第一非导通间隙被布置成限定所述多个第一导体段；并且
所述多个第二非导通区域包括在每个所述第二导体段之间的第二非导通间隙，并且所述第二非导通间隙被布置成限定所述多个第二导体段。
13.根据权利要求1或2中的任一项所述的力传感器，其中：
所述力传感器包括：第一节点、第二节点和第三节点；
所述多个第一导体段被布置成在所述第一节点和所述第二节点之间提供第一电流路径；并且
所述多个第二导体段被布置成在所述第一节点和所述第三节点之间提供第二电流路径。
14.一种力传感器，其包括：
梁和电桥电路；
其中所述梁包括中性轴线；
其中所述电桥电路包括多个拉伸应变量规电阻器和多个压缩应变量规电阻器；
其中所述拉伸应变量规电阻器和所述压缩应变量规电阻器共用与所述梁的所述中性轴线平行的公共中心轴线；
其中所述拉伸应变量规电阻器中的一个或多个位于所述梁上，并且所述压缩应变量规电阻器中的一个或多个位于所述梁上；
其中位于所述梁上的所述一个或多个拉伸应变量规电阻器中的每一个包括被布置成提供第一电流路径的多个第一导体段以及沿所述中心轴线延伸的第一非导通修整区域；
其中所述拉伸应变量规电阻器的第一部分位于所述中心轴线的第一侧上，并且所述拉伸应变量规电阻器的第二部分位于所述中心轴线的与所述第一侧相对的第二侧上；
其中位于所述梁上的所述一个或多个压缩应变量规电阻器中的每一个包括被布置成提供第二电流路径的多个第二导体段以及沿所述中心轴线延伸的第二非导通修整区域；并且
其中所述压缩应变量规电阻器的第一部分位于所述中心轴线的所述第一侧上，并且所述压缩应变量规电阻器的第二部分位于所述中心轴线的所述第二侧上。
15.一种电路，其包括：
拉伸应变量规电阻器和压缩应变量规电阻器；
其中所述拉伸应变量规电阻器和所述压缩应变量规电阻器共用与梁的中性轴线平行的公共中心轴线；
其中所述拉伸应变量规电阻器包括布置成提供第一电流路径的多个第一导体段、沿所述中心轴线延伸的第一非导通修整区域、位于所述中心轴线的第一侧上的所述拉伸应变量规电阻器的第一部分，以及位于所述中心轴线的与所述第一侧相对的第二侧上的所述拉伸应变量规电阻器的第二部分；并且
其中所述压缩应变量规电阻器包括布置成提供第二电流路径的多个第二导体段、沿所述中心轴线延伸的第二非导通修整区域、位于所述中心轴线的所述第一侧上的所述压缩应变量规电阻器的第一部分，以及位于所述中心轴线的所述第二侧上的所述压缩应变量规电阻器的第二部分。
16.一种力传感器，其包括：
梁和第一应变量规电阻器；
其中所述梁具有中性轴线；
其中所述第一应变量规电阻器位于所述梁上，并且具有平行于所述梁的所述中性轴线的中心轴线；
其中所述第一应变量规电阻器包括布置成提供第一电流路径的多个导体段、沿所述中心轴线延伸的非导通修整区域、位于所述中心轴线的第一侧上的所述第一应变量规电阻器的第一部分，以及位于所述中心轴线的与所述第一侧相对的第二侧上的所述第一应变量规电阻器的第二部分；
其中所述多个导体段包括平行于所述中心轴线布置的中间导体段和垂直于所述中心轴线布置的其他导体段；并且
其中所述修整区域在所述中间导体段的一部分内延伸。
17.根据权利要求16所述的力传感器，其中：
所述第一应变量规电阻器的所述第一部分的电阻与所述第一应变量规电阻器的所述第二部分的电阻匹配。
18.根据权利要求16或17中的任一项所述的力传感器，其中：
所述第一应变量规电阻器的所述第一部分的布局模式与所述第一应变量规电阻器的所述第二部分的布局模式匹配。
19.根据权利要求16或17中的任一项所述的力传感器，其中：
所述第一应变量规电阻器的所述第一部分是所述第一应变量规电阻器的所述第二部分关于所述中心轴线的镜像。
20.根据权利要求16或17中的任一项所述的力传感器，其中：
所述修整区域将所述多个导体段之一的一部分平分。
21.根据权利要求16或17中的任一项所述的力传感器，其中：
所述多个导体段是奇数个导体段；并且
所述修整区域将所述多个导体段之一的一部分平分。
22.根据权利要求16或17中的任一项所述的力传感器，其中：
所述多个导体段包括中间导体段和偶数个其他导体段；
所述中间导体段位于所述其他导体段之间；并且
所述修整区域将所述中间导体段的一部分平分。
23.根据权利要求16或17中的任一项所述的力传感器，其中：
所述力传感器包括第一节点、第二节点和第二应变量规电阻器；
所述多个导体段被布置成在所述第一节点和所述第二节点之间提供蛇形第一电流路径；并且
所述第二应变量规电阻器耦合到所述第二节点。
24.根据权利要求16或17中的任一项所述的力传感器，其中：
所述力传感器包括多个非导通区域，所述多个非导通区域包括所述多个导体段之间的间隙；并且
所述间隙布置成限定所述多个导体段。
25.根据权利要求24所述的力传感器，其中：所述非导通区域关于所述中心轴线对称布置。
26.根据权利要求16所述的力传感器，其中：
所述力传感器包括电介质层和多个非导通区域；
所述多个导体段覆盖所述电介质层；
所述多个非导通区域包括在导体段之间的暴露所述电介质层的部分的间隙；并且
所述多个非导通区域被布置成限定所述多个导体段。
27.一种电路，其包括：
具有中心轴线的应变量规电阻器；
其中所述应变量规电阻器包括：
多个导体段，其布置成提供第一电流路径，
沿所述中心轴线延伸的非导通修整区域，
所述应变量规电阻器的第一部分，其位于所述中心轴线的第一侧上，以及
所述应变量规电阻器的第二部分，其位于所述中心轴线的与所述第一侧相对的相对第二侧上；
其中所述多个导体段包括多个细长电阻器导体段和其他导体段；
其中所述多个细长电阻器导体段平行于所述中心轴线布置；
其中所述其他导体段中的一个或多个垂直于所述中心轴线布置；并且
其中所述修整区域将所述多个细长电阻器导体段中的一个或多个的一部分平分。
28.一种力传感器，其包括：
梁和第一应变量规电阻器；
其中所述梁具有中性轴线；
其中所述第一应变量规电阻器位于所述梁上，并且具有平行于所述梁的所述中性轴线的中心轴线；
其中所述第一应变量规电阻器包括：
多个导体段，其被布置为提供电流路径；
沿所述中心轴线延伸的非导通修整区域，
所述第一应变量规电阻器的第一部分，其位于所述中心轴线的第一侧上，以及
所述第一应变量规电阻器的第二部分，其位于所述中心轴线的与所述第一侧相对的第二侧上；
其中所述多个导体段的部分平行于所述中心轴线布置并且包括中间导体段；并且
其中所述修整区域在所述中间导体段的一部分内延伸。
29.根据权利要求28所述的力传感器：
其中所述第一应变量规电阻器的所述第一部分的电阻与所述第一应变量规电阻器的所述第二部分的电阻匹配。
30.根据权利要求28或29中的任一项所述的力传感器，其中：
所述第一应变量规电阻器的所述第一部分的布局模式与所述第一应变量规电阻器的所述第二部分的布局模式匹配。
31.根据权利要求28或29中的任一项所述的力传感器，其中：
所述第一应变量规电阻器的所述第一部分是所述第一应变量规电阻器的所述第二部分关于所述中心轴线的镜像。
32.根据权利要求28或29中的任一项所述的力传感器，其中：
所述修整区域将所述中间导体段的所述一部分平分。
33.根据权利要求28或29中的任一项所述的力传感器，其中：
所述力传感器包括第一节点和第二节点，以及第二应变量规电阻器；并且
所述多个导体段被布置成在所述第一节点和所述第二节点之间提供蛇形第一电流路径；并且
所述第二应变量规电阻器耦合到所述第二节点。
34.根据权利要求28或29所述的力传感器，其中：
所述力传感器包括多个非导通区域，所述多个非导通区域包括所述多个导体段之间的间隙并且被布置成限定所述多个导体段。
35.根据权利要求34所述的力传感器，其中：
所述多个非导通区域关于中心轴线对称布置。
36.根据权利要求28所述的力传感器，其中：
所述力传感器包括电介质层和多个非导通区域；
所述多个导体段覆盖所述电介质层；并且
所述多个非导通区域包括所述多个导体段之间的间隙，所述间隙暴露所述电介质层的部分并且被布置为限定所述多个导体段。
37.一种电路，其包括：
第一应变量规电阻器，其具有中心轴线并且包括：
多个导体段，其被布置为提供电流路径，
沿所述中心轴线延伸的非导通修整区域，
所述第一应变量规电阻器的第一部分，其位于所述中心轴线的第一侧上，以及
位于所述中心轴线的与所述第一侧相对的第二侧上的第二部分；
其中所述多个导体段的部分平行于所述中心轴线布置并且包括位于所述多个导体段的部分的其他导体段之间的中间导体段；并且
其中所述修整区域在所述中间导体段的一部分内延伸。
38.一种调节应变量规电路的电阻的方法，其包括：
沿中心轴线在第一应变量规电阻器的第一部分和所述第一应变量规电阻器的第二部分之间修整所述第一应变量规电阻器；
其中所述第一应变量规电阻器的所述第一部分具有第一电阻和第一布局模式；以及
其中所述第一应变量规电阻器的所述第二部分具有与所述第一电阻匹配的第二电阻和与所述第一布局模式匹配的第二布局模式。
39.根据权利要求38所述的方法，进一步包括：
测量所述第一应变量规电阻器的电阻；并且
基于测量的电阻确定修整量。
40.根据权利要求38或39中的任一项所述的方法，还包括：
沿所述中心轴线在第二应变量规电阻器的第一部分和所述第二应变量规电阻器的第二部分之间修整所述第二应变量规电阻器；
其中所述第二应变量规电阻器的所述第一部分具有第三电阻和第三布局模式；并且
其中所述第二应变量规电阻器的所述第二部分具有与所述第三电阻匹配的第四电阻和与所述第三布局模式匹配的第四布局模式。
41.根据权利要求40所述的方法，进一步包括：
测量所述第二应变量规电阻器的电阻；以及
基于所述第二应变量规电阻器的测量的电阻，确定修整所述第二应变量规电阻器的量。
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