CN115077753A - 一种过负载自启动压力传感器及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电气连接技术，具体是一种过负载自启动压力传感器及其使用方法,包括：底座、用于感应来自于介质的压力信号的压力传感器芯片、以及上壳，在所述上壳和底座之间形成容纳腔，压力传感器芯片固定设置在容纳腔中；所述底座的中央开设有穿孔，介质穿过底座；所述压力传感器芯片设置在底座上，可对压力信号放大；所述上壳和底座通过组装螺栓可拆卸连接。本发明中的压力传感器通过设置的压力传感器芯片实现压力信号的感应与放大，等效于MEMS芯片与调制芯片集成，缩小了传感器的尺寸，提高了传感器的集成度，无需考虑MEMS芯片与调制芯片的布置。

Description

一种过负载自启动压力传感器及其使用方法

技术领域

本发明涉及一种电气连接技术，具体是一种过负载自启动压力传感器及其使用方法。

背景技术

矿用压力传感器可广泛用于矿石装载运输的压力信号采集。压力变送器（压力监测输出模块）把压力信号传到电子设备，进而在计算机显示压力。

目前已有的压力传感器大多将MEMS芯片与调制芯片分开独立设置，相互之间必须设计额外的电路和结构来连接。而中国专利公开了一种压力传感器芯片及压力传感器（申请号202110397709.X），该芯片同时具有MEMS芯片与调制芯片的功能，这样压力传感器就可以只需布置一个芯片，可以进一步缩小传感器的尺寸和成本、并提高可靠性。

但是该芯片中的调制电路的通过与多步离子注入硼形成P-型掺杂工艺兼容的手段制成，成本高昂。

发明内容

本发明的目的在于提供一种过负载自启动压力传感器及其使用方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种过负载自启动压力传感器，包括：

底座，所述底座的中央开设有穿孔，以供介质穿过底座；

压力传感器芯片，所述压力传感器芯片设置在底座上，用于感应来自于介质的压力信号，并对压力信号放大；

上壳，所述上壳和底座通过组装螺栓可拆卸连接；在上壳和底座之间形成容纳腔，压力传感器芯片固定设置在容纳腔中；

所述上壳外部中央安装有输出模块，输出模块与压力传感器芯片通讯，以将压力传感器芯片感应到并放大后的压力信号输出。

如上所述的一种过负载自启动压力传感器：所述压力传感器芯片包括：

衬底，所述衬底固定在所述底座上，衬底贴合底座的内侧；

感应电路，所述感应电路设置在所述衬底背离底座的一方，用于感应介质的压力并转换为电信号；

调制电路，所述调制电路与感应电路连接，所述调制电路设置在感应电路与上壳之间，所述调制电路用于将感应电路转换的电信号放大；

在衬底的中央两面分别设置有压力槽和凹槽，压力槽正对穿孔，凹槽正对感应电路；在凹槽和压力槽之间形成膜片，感应电路固定在膜片上并处于凹槽中。

如上所述的一种过负载自启动压力传感器：所述衬底和所述调制电路之间垫设有绝缘介质层，所述绝缘介质层的一面与衬底的上表面贴合，另一面与调制电路的底部贴合；

所述上壳和所述调制电路之间设置有绝缘压环，调制电路置于绝缘压环和绝缘介质层之间；

在绝缘介质层和绝缘压环的中央均设置有通孔，所述感应电路穿过绝缘介质层中央的通孔与调制电路连接。

如上所述的一种过负载自启动压力传感器：所述感应电路包括固定在膜片朝向上壳一面中央的供电模块、设置在膜片两侧的压敏电阻、以及连接压敏电阻的导电电极；

所述压敏电阻与供电模块连接，导电电极穿过绝缘介质层中央的通孔连接调制电路。

如上所述的一种过负载自启动压力传感器：所述调制电路包括逐一层叠的第一导电环、第二导电环、以及第三导电环；

所述第一导电环、第二导电环、以及第三导电环上均开设有镂空槽，第一导电环下表面与绝缘介质层贴合，第三导电环上表面与绝缘压环贴合；

在所述上壳的内壁顶面安装有弹片，所述弹片上部与上壳的顶壁固定，下部与绝缘压环弹性接触；

所述膜片与第二导电环之间还设置有放大组件，所述放大组件在膜片受挤压产生弹性变形时带动第二导电环转动；

所述导电电极穿过绝缘介质层中央的通孔与第一导电环的内壁弹性贴合，第三导电环与输出模块连接。

如上所述的一种过负载自启动压力传感器：在所述衬底朝向绝缘介质层的一面上固定有多个一号卡凸，在所述第一导电环朝向绝缘介质层的一面上开设有多个与一号卡凸一一对应的一号卡槽；

在所述绝缘压环朝向第三导电环的一面上固定有多个二号卡凸，在第三导电环朝向绝缘压环的一面上开设有多个与二号卡凸一一对应的二号卡槽。

如上所述的一种过负载自启动压力传感器：在所述衬底上设置有多个导向辊，所述导向辊通过转销转动设置在所述衬底上，且多个导向辊分别与第一导电环、第二导电环、第三导电环的侧壁滚动贴合；

转销沿导向辊的轴线贯穿导向辊，转销的下部与衬底转动配合；在绝缘压环的外周设置有多个延伸部，延伸部上设置有插孔，所述转销的上部与插孔转动插合。

如上所述的一种过负载自启动压力传感器：所述放大组件包括固定在膜片上并朝向上壳的挤压柱、转动设置在所述上壳内壁中央用于同挤压柱配合的转套、固定在所述转套两侧外壁上的第二横臂、以及一端转动设置在所述上壳内壁上的转柱；

所述转柱为两组，对称设置在转套的两侧，转套和挤压柱之间设置有旋转结构；

所述转柱的一侧外壁沿其径向固定有第一横臂，第一横臂上沿其长度方向开设有配合槽，在第二横臂的端部固定有与配合槽滑动卡合的配合柱；

在转柱上固定有启动齿轮，第二导电环的两侧外壁上对称设置有一段弧形齿条，所述弧形齿条与启动齿轮适配；在所述衬底两侧均固定有卡套，所述转柱的另一端与所述卡套转动插合。

如上所述的一种过负载自启动压力传感器：所述旋转结构包括螺旋设置在所述挤压柱靠近上壳的一段外壁上的一号螺旋槽，所述转套靠近绝缘压环的一段内壁上螺旋设置有二号螺旋槽；

所述一号螺旋槽与二号螺旋槽的螺距、旋向以及半径均相同，且相互对应，在一号螺旋槽和二号螺旋槽之间滚动设置有滚珠；

所述启动齿轮的外周上局部连续有齿，所述输出模块通过连接件与所述第三导电环连接。

一种如上所述的过负载自启动压力传感器的使用方法，包括如下步骤：

步骤一，预调试，包括启动齿轮的预组装调试和第二导电环的初始位置预调试；

步骤二，安装，将底座安装于设备上，保持设备上的受力监测点穿过穿孔进入到压力槽中并与膜片贴合；同时保证膜片处于自然不受力状态；

步骤三，建立通讯，将输出模块与监测器材连接，包括无线连接和有线连接。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明中的压力传感器通过设置的压力传感器芯片实现压力信号的感应与放大，等效于MEMS芯片与调制芯片集成，缩小了传感器的尺寸，提高了传感器的集成度，无需考虑MEMS芯片与调制芯片的布置；同时，调制电路的结构较为简单，生产成本较低。

附图说明

图1为一种过负载自启动压力传感器的结构示意图。

图2为一种过负载自启动压力传感器中将上壳和底座拆分后的结构示意图。

图3为图2另一方位的结构示意图。

图4为一种过负载自启动压力传感器中压力传感器芯片的拆分图。

图5为图4另一方位的结构示意图。

图6为一种过负载自启动压力传感器中衬底和感应电路的结构示意图。

图7为一种过负载自启动压力传感器中衬底的剖视图。

图8为一种过负载自启动压力传感器中绝缘压环和放大组件的局部结构示意图。

图中：1、底座；2、上壳；3、组装螺栓；4、输出模块；5、穿孔；6、衬底；7、绝缘介质层；8、第一导电环；9、第二导电环；10、第三导电环；11、绝缘压环；12、弹片；13、一号卡凸；14、一号卡槽；15、二号卡凸；16、二号卡槽；17、镂空槽；18、导向辊；19、延伸部；20、膜片；21、供电模块；22、压敏电阻；23、导电电极；24、固定螺栓；25、卡套；26、转柱；27、启动齿轮；28、第一横臂；29、配合槽；30、转套；31、第二横臂；32、配合柱；33、挤压柱；34、滚珠；35、连接件；36、连接口。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

请参阅图1~图8，作为本发明的一种实施例，所述一种过负载自启动压力传感器，包括：

底座1、用于感应来自于介质的压力信号的压力传感器芯片、以及上壳2，在所述上壳2和底座1之间形成容纳腔，压力传感器芯片固定设置在容纳腔中；

所述底座1的中央开设有穿孔5，介质穿过底座1；所述压力传感器芯片设置在底座1上，可对压力信号放大；所述上壳2和底座1通过组装螺栓3可拆卸连接。

本发明中的压力传感器通过设置的压力传感器芯片实现压力信号的感应与放大，等效于MEMS芯片与调制芯片集成，缩小了传感器的尺寸，提高了传感器的集成度，无需考虑MEMS芯片与调制芯片的布置。

所述上壳2的两侧和底座1的两侧均设置有安装脚，组装螺栓3连接上壳2和底座1两侧的安装脚并将压力传感器芯片固定在容纳腔中。

所述上壳2外部中央安装有与压力传感器芯片通讯的输出模块4，以将压力传感器芯片感应到并放大后的压力信号输出。

该压力传感器的工作原理如下：

外界受压介质穿过穿孔5并挤压压力传感器芯片时，压力传感器芯片感应到介质的压力，经放大后通过输出模块4输出。

底座1和上壳2通过组装螺栓3固定后，在底座1和上壳2之间形成容纳腔，可以对设置在容纳腔中的压力传感器芯片进行保护，免受外界应力损坏；输出模块4可对由压力传感器芯片输出的压力信号进行模数转换。

作为本发明进一步的方案，请参阅图2~8，所述压力传感器芯片包括衬底6、设置在所述衬底6背离底座1一方的感应电路、以及与感应电路连接的调制电路；所述衬底6固定在所述底座1上，衬底6贴合底座1的内侧，且组装螺栓3穿过衬底6两侧将其固定在底座1和上壳2之间；

所述感应电路感应介质的压力并将其转换为电信号；调制电路设置在感应电路与上壳2之间，用于将感应电路转换的电信号放大。

通过在压力传感器芯片上设置感应电路和调制电路分别实现压力信号的感应与放大，集成度高。输出模块4与压力传感器芯片中的调制电路连接，以对放大后的压力信号进行模数转换。

其中，在衬底6的中央两面分别设置有压力槽和凹槽，压力槽正对穿孔5，凹槽正对感应电路；在凹槽和压力槽之间形成膜片20，感应电路固定在膜片20上并处于凹槽中。

介质穿过穿孔5进入到压力槽中，当介质受压后可挤压膜片20产生弹性变形，将压力传导至感应电路上；设置的凹槽可以为膜片20的弹性变形提供空间，以使压力传导至感应电路上。

作为本发明更进一步的方案，请参阅图4和图5，所述衬底6和所述调制电路之间垫设有绝缘介质层7，所述绝缘介质层7的一面与衬底6的上表面贴合，另一面与调制电路的底部贴合，起到将调制电路与衬底6绝缘的作用。

所述上壳2和所述调制电路之间设置有绝缘压环11，调制电路置于绝缘压环11和绝缘介质层7之间，由此实现调制电路分别与上壳2和底座1绝缘，以避免经调制电路放大后的电信号外泄，一方面起到安全防护作用，另一方面也可避免放大后的电信号失真。

在绝缘介质层7和绝缘压环11的中央均设置有通孔，所述感应电路穿过绝缘介质层7中央的通孔与调制电路连接。

作为本发明再进一步的方案，请参阅图6，所述感应电路包括固定在膜片20朝向上壳2一面中央的供电模块21、设置在膜片20两侧的压敏电阻22、以及连接压敏电阻22的导电电极23；

所述压敏电阻22与供电模块21连接，导电电极23穿过绝缘介质层7中央的通孔连接调制电路。

当膜片20被挤压产生弹性变形时，将压力传导至压敏电阻22上；压敏电阻22将感应到的压力转换为电信号，并通过导电电极23传导至调制电路，调制电路对电信号放大后传导至输出模块4，利用输出模块4进行模数转换后输出。

作为本发明再进一步的方案，请参阅图4和图5，所述调制电路包括逐一层叠的第一导电环8、第二导电环9、以及第三导电环10；

所述第一导电环8、第二导电环9、以及第三导电环10上均开设有镂空槽17，第一导电环8下表面与绝缘介质层7贴合，第三导电环10上表面与绝缘压环11贴合。

第一导电环8、第二导电环9、以及第三导电环10均采用导电材质所制。

为了保证第一导电环8、第二导电环9、以及第三导电环10相互之间无缝贴合，在所述上壳2的内壁顶面安装有弹片12，所述弹片12上部与上壳2的顶壁固定，下部与绝缘压环11弹性接触。

通过设置的弹片12使得绝缘压环11始终向第三导电环10施加弹力，以使三个导电环相互之间紧密贴合。

所述膜片20与第二导电环9之间还设置有放大组件，所述放大组件在膜片20受挤压产生弹性变形时带动第二导电环9转动；

所述导电电极23穿过绝缘介质层7中央的通孔与第一导电环8的内壁弹性贴合，第三导电环10与输出模块4连接。

镂空槽17为多个，且沿圆周等角度地分布在导电环上。

由于三个导电环相互层叠，且相互之间无缝贴合，故可将三个导电环整体作为一个导体。

三个导电环形成的导体的电阻R=ρL/S(ρ表示导电环的电阻率，是由其本身性质决定，L表示导体的长度，S表示导体的横截面积；

初始状态下，三个导电环上的镂空槽17相互错位；具体是，第一导电环8和第三导电环10上的镂空槽17相互对应，而第二导电环9上的镂空槽17与第一导电环8、第三导电环10上的镂空槽17错位，即三个导电环所形成的导体的有效导电横截面积最小，导体的电阻最大，此时通过调制电路输出电信号的系数最小；

在膜片20受到挤压后，通过放大组件带动第二导电环9转动；当膜片20处于最大变形量时，第二导电环9上的镂空槽17转动至与第一导电环8、第三导电环10上的镂空槽17对应，此时三者所形成的导体电阻最小，通过调制电路输出电信号的系数最大。

本发明中的调制电路，可根据膜片20的受挤压程度调整电阻，且膜片20的所受压力与导体的电阻成负相关关系，以此对电信号的放大系数进行调整。

作为本发明再进一步的方案，请参阅图4~图6，为了防止第一导电环8和衬底6之间产生径向错位，在所述衬底6朝向绝缘介质层7的一面上固定有多个一号卡凸13，在所述第一导电环8朝向绝缘介质层7的一面上开设有多个与一号卡凸13一一对应的一号卡槽14；

通过将一号卡凸13穿过绝缘介质层7卡入到一号卡槽14中，能够避免第一导电环8与衬底6以及绝缘介质层7之间产生径向错位；另外还可防止在第二导电环9转动时带动第一导电环8跟随转动。

同理，为了防止第三导电环10和绝缘压环11之间产生径向错位，在所述绝缘压环11朝向第三导电环10的一面上固定有多个二号卡凸15，在第三导电环10朝向绝缘压环11的一面上开设有多个与二号卡凸15一一对应的二号卡槽16；

通过将二号卡凸15卡入到二号卡槽16中，可以防止第三导电环10和绝缘压环11之间产生径向错位；另外还可防止在第二导电环9转动时带动第三导电环10跟随转动。

作为本发明再进一步的方案，请参阅图4~图8，为了对第二导电环9约束，在所述衬底6上设置有多个导向辊18，所述导向辊18通过转销转动设置在所述衬底6上，且多个导向辊18分别与第一导电环8、第二导电环9、第三导电环10的侧壁滚动贴合。

通过设置的多个导向辊18可以保持三个导电环之间始终保持同心；又由于第一导电环8和第三导电环10的径向自由度受限，故第二导电环9也不会产生径向移位。

而通过弹片12向绝缘压环11施加弹力可对三个导电环的轴向自由度约束，最终保持三个导电环之间相互贴合且同轴。

需要说明的是，转销沿导向辊18的轴线贯穿导向辊18，转销的下部与衬底6转动配合；而在绝缘压环11的外周设置有多个延伸部19，延伸部19上设置有插孔，所述转销的上部与插孔转动插合。

此外，在绝缘介质层7上开设有供转销和一号卡凸13穿过的贯孔。

利用转销和延伸部19上的插孔配合可保持绝缘压环11和三个导电环同心；另外，通过延伸部19上的插孔也可对转销的上部提供支撑力，防止导向辊18产生圆周跳动；借助贯孔可保持绝缘介质层7也保持与三个导电环同心。

作为本发明再进一步的方案，请参阅图4、图5、图7和图8，所述放大组件包括固定在膜片20上并朝向上壳2的挤压柱33、转动设置在所述上壳2内壁中央用于同挤压柱33配合的转套30、固定在所述转套30两侧外壁上的第二横臂31、以及一端转动设置在所述上壳2内壁上的转柱26；

所述转柱26为两组，对称设置在转套30的两侧，转套30和挤压柱33之间设置有旋转结构。

所述转柱26的一侧外壁沿其径向固定有第一横臂28，第一横臂28上沿其长度方向开设有配合槽29，在第二横臂31的端部固定有与配合槽29滑动卡合的配合柱32。

在转柱26上固定有启动齿轮27，第二导电环9的两侧外壁上对称设置有一段弧形齿条，所述弧形齿条与启动齿轮27适配。

为了使转柱26稳定转动，在所述衬底6两侧均固定有卡套25，所述转柱26的另一端与所述卡套25转动插合。

当膜片20受到挤压产生弹性形变时带动挤压柱33向上移动，由于转套30转动设置在上壳2的内壁中央，故转套30并不能发生轴向移位；此时在旋转结构的作用下使得挤压柱33进一步地伸入到转套30中并带动转套30旋转；

转套30旋转使得其两侧的第二横臂31跟随旋转，利用配合柱32绕转套30转动带动配合槽29驱动第一横臂28绕转柱26转动，在此过程中配合柱32在配合槽29中滑动。

转柱26转动驱动启动齿轮27转动，通过启动齿轮27与第二导电环9外壁上的弧形齿条驱使第二导电环9转动，以此来使第二导电环9上的镂空槽17逐渐向第一导电环8和第三导电环10上的镂空槽17靠拢，甚至是重合，调整三个导电环所形成的导体的电阻。

详细地，所述膜片20朝向调制电路的一面上设置有固定螺栓24，固定螺栓24伸入到膜片20中，二者过盈配合；且在膜片20朝向调制电路的一面上还设置有螺母，螺母与固定螺栓24螺纹配合，固定螺栓24突出于膜片20的一段与挤压柱33固定。

通过将固定螺栓24的一端与膜片20过盈配合，使得膜片20在发生弹性变形时能够带动挤压柱33跟随形变，而借助螺母能够增加固定螺栓24和膜片20表面的接触面积，降低固定螺栓24发生轴向倾斜的概率；

另外，由于挤压柱33朝向上壳2的一端与转套30插接配合，故挤压柱33的顶部并不会发生倾斜，从而进一步降低固定螺栓24发生轴向倾斜的概率。

作为本发明再进一步的方案，请参阅图4、图5和图8，所述旋转结构包括螺旋设置在所述挤压柱33靠近上壳2的一段外壁上的一号螺旋槽，所述转套30靠近绝缘压环11的一段内壁上螺旋设置有二号螺旋槽；

所述一号螺旋槽与二号螺旋槽的螺距、旋向以及半径均相同，且相互对应，在一号螺旋槽和二号螺旋槽之间滚动设置有滚珠34；

由于在挤压柱33的上端外壁部分设置了一号螺旋槽，而在转套30下端内壁部分设置了二号螺旋槽，因此在挤压柱33上的一号螺旋槽通过滚珠34向二号螺旋槽施加压力时，可带动转套30转动，以使挤压柱33的上端进一步地伸入到转套30中，此原理同旋转拖把以及“竹蜻蜓”玩具的原理，属于成熟技术的应用；

具体分析如下：

众所周知，螺纹配合具有自锁功能，但是需要符合自锁条件，即螺纹升角小于当量摩擦角；

通过设置滚珠34能够减小当量摩擦角。

所述启动齿轮27的外周上局部连续有齿，在膜片20未受挤压时，启动齿轮27外周上的无齿光滑部分对应弧形齿条；因此在转柱26转动伊始，第二导电环9并不转动，即调制电路输出电信号的系数不变，只有在启动齿轮27外周上的有齿部分转动至与弧形齿条咬合时才会带动第二导电环9转动，调制电路输出电信号的系数提高。

由于第二导电环9转动时对调制电路的电阻调节十分明显，故只有在第二导电环9转动时，调制电路输出电信号的系数才会骤然提高；

在启动齿轮27外周上的无齿光滑部分游隙于弧形齿条之间时，输出模块4接收到的电信号不足以启动该传感器；只有在启动齿轮27上的有齿部分与弧形齿条咬合后，调制电路输出电信号的系数骤然提高，才会通过输出模块4输出较为强烈的信号，启动该传感器，以此表征矿用设备处于过负载运行。

请参阅图3，所述输出模块4通过连接件35与所述第三导电环10连接，具体是，上壳2的顶部内壁设置有连接口36，连接口36与连接件35的一端连接，连接件35的另一端与第三导电环10的外壁弹性贴合。

本发明的工作过程大致如下：

将该传感器安装在矿用设备上，尤其是矿用装载车上；初始状态下膜片20处于自然状态，此时启动齿轮27外周上的光滑部分对应第二导电环9外周上的弧形齿条；

在膜片20受压伊始，通过挤压柱33带动转套30转动，利用转套30旋转使得其两侧的第二横臂31跟随旋转，配合柱32在配合槽29中滑动，使配合槽29驱动第一横臂28绕转柱26转动，转柱26再带动启动齿轮27转动；

当启动齿轮27外周上的无齿部分与第二导电环9外周上的弧形齿条对应时，启动齿轮27并不会驱动第二导电环9转动，即第二导电环9上的镂空槽17与第一导电环8、第三导电环10上的镂空槽17错位，即三个导电环所形成的导体的有效导电横截面积最小，导体的电阻最大，此时通过调制电路输出电信号的系数最小；输出模块4接收到的电信号不足以启动该传感器，故在启动齿轮27从其外周上的无齿部分与弧形齿条对应的位置转动到有齿部分与弧形齿条对应的过程中，该传感器不会启动；也即在此范围内膜片20所受压力产生的变形不足以启动该传感器，表征该设备处于额定装载范围内运行；

而当膜片20所受压力过大时，启动齿轮27外周的有齿部分开始与弧形齿条咬合，带动第二导电环9转动，使调制电路输出电信号的系数骤然提高，启动该传感器，对处于过负载运行的设备进行监控，以此达到过负载自启动功能。

最后，本发明还提出了一种如上所述的过负载自启动压力传感器的使用方法，包括如下步骤：

步骤一，预调试，包括启动齿轮的预组装调试和第二导电环的初始位置预调试；

其中，启动齿轮的预组装调试需要根据实际工况对启动齿轮外周上的无齿部分弧度的调试；例如，当将无齿部分的弧度从5°调整到10°后，表征转柱需要多转动5°才能启动该传感器，即无齿部分的弧度为5°与弧度为10°相比，膜片的变形量需要增加一倍才会启动该传感器，适用于额定装载量更大的设备；

第二导电环的初始位置预调试需要保证第二导电环上的镂空槽与第一导电环、第三导电环上的镂空槽错位。

步骤二，安装，将底座安装于设备上，保持设备上的受力监测点穿过穿孔进入到压力槽中并与膜片贴合，贴合的目的在于消除受力监测点与膜片之间的间隙，消除受压旷量；同时需要保证膜片处于自然不受力状态；以使受力监测点在受到压力的瞬间能够挤压膜片；

步骤三，建立通讯，将输出模块与监测器材连接，包括无线连接和有线连接，以使该传感器在启动的第一时间能够监测到过负载情况，且能够在过负载的过程中实时监测负载量；

当然了，也可额外与输出模块连接报警装置，通过报警装置能够提醒操作人员过载。

注意的是，矿用装载设备在运行时并不能精准的控制装载量，单块矿石的体量较大，例如装载机的额定装载量在20吨，已装载18吨，此时向装载设备中装入2.1吨的矿石便会超出额定装载量；故需要通过本发明中的过负载自启动的传感器对其进行监控。

上述实施例是示范性的，而非限制性的，故在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明的技术方案均囊括在本发明内。

Claims (8)

1.一种过负载自启动压力传感器，其特征在于，包括：

底座（1），所述底座（1）的中央开设有穿孔（5），以供介质穿过底座（1）；

压力传感器芯片，所述压力传感器芯片设置在底座（1）上，用于感应来自于介质的压力信号，并对压力信号放大；

上壳（2），所述上壳（2）和底座（1）通过组装螺栓（3）可拆卸连接；在上壳（2）和底座（1）之间形成容纳腔，压力传感器芯片固定设置在容纳腔中；

所述上壳（2）外部中央安装有输出模块（4），输出模块（4）与压力传感器芯片通讯，以将压力传感器芯片感应到并放大后的压力信号输出；

所述压力传感器芯片包括：

衬底（6），所述衬底（6）固定在所述底座（1）上，衬底（6）贴合底座（1）的内侧；

感应电路，所述感应电路设置在所述衬底（6）背离底座（1）的一方，用于感应介质的压力并转换为电信号；

调制电路，所述调制电路与感应电路连接，所述调制电路设置在感应电路与上壳（2）之间，所述调制电路用于将感应电路转换的电信号放大；

在衬底（6）的中央两面分别设置有压力槽和凹槽，压力槽正对穿孔（5），凹槽正对感应电路；在凹槽和压力槽之间形成膜片（20），感应电路固定在膜片（20）上并处于凹槽中；

所述衬底（6）和所述调制电路之间垫设有绝缘介质层（7），所述绝缘介质层（7）的一面与衬底（6）的上表面贴合，另一面与调制电路的底部贴合；

所述上壳（2）和所述调制电路之间设置有绝缘压环（11），调制电路置于绝缘压环（11）和绝缘介质层（7）之间；

在绝缘介质层（7）和绝缘压环（11）的中央均设置有通孔，所述感应电路穿过绝缘介质层（7）中央的通孔与调制电路连接。

2.根据权利要求1所述的一种过负载自启动压力传感器，其特征在于，所述感应电路包括固定在膜片（20）朝向上壳（2）一面中央的供电模块（21）、设置在膜片（20）两侧的压敏电阻（22）、以及连接压敏电阻（22）的导电电极（23）；

所述压敏电阻（22）与供电模块（21）连接，导电电极（23）穿过绝缘介质层（7）中央的通孔连接调制电路。

3.根据权利要求2所述的一种过负载自启动压力传感器，其特征在于，所述调制电路包括逐一层叠的第一导电环（8）、第二导电环（9）、以及第三导电环（10）；

所述第一导电环（8）、第二导电环（9）、以及第三导电环（10）上均开设有镂空槽（17），第一导电环（8）下表面与绝缘介质层（7）贴合，第三导电环（10）上表面与绝缘压环（11）贴合；

在所述上壳（2）的内壁顶面安装有弹片（12），所述弹片（12）上部与上壳（2）的顶壁固定，下部与绝缘压环（11）弹性接触；

所述膜片（20）与第二导电环（9）之间还设置有放大组件，所述放大组件在膜片（20）受挤压产生弹性变形时带动第二导电环（9）转动；

所述导电电极（23）穿过绝缘介质层（7）中央的通孔与第一导电环（8）的内壁弹性贴合，第三导电环（10）与输出模块（4）连接。

4.根据权利要求3所述的一种过负载自启动压力传感器，其特征在于，在所述衬底（6）朝向绝缘介质层（7）的一面上固定有多个一号卡凸（13），在所述第一导电环（8）朝向绝缘介质层（7）的一面上开设有多个与一号卡凸（13）一一对应的一号卡槽（14）；

在所述绝缘压环（11）朝向第三导电环（10）的一面上固定有多个二号卡凸（15），在第三导电环（10）朝向绝缘压环（11）的一面上开设有多个与二号卡凸（15）一一对应的二号卡槽（16）。

5.根据权利要求3所述的一种过负载自启动压力传感器，其特征在于，在所述衬底（6）上设置有多个导向辊（18），所述导向辊（18）通过转销转动设置在所述衬底（6）上，且多个导向辊（18）分别与第一导电环（8）、第二导电环（9）、第三导电环（10）的侧壁滚动贴合；

转销沿导向辊（18）的轴线贯穿导向辊（18），转销的下部与衬底（6）转动配合；在绝缘压环（11）的外周设置有多个延伸部（19），延伸部（19）上设置有插孔，所述转销的上部与插孔转动插合。

6.根据权利要求3所述的一种过负载自启动压力传感器，其特征在于，所述放大组件包括固定在膜片（20）上并朝向上壳（2）的挤压柱（33）、转动设置在所述上壳（2）内壁中央用于同挤压柱（33）配合的转套（30）、固定在所述转套（30）两侧外壁上的第二横臂（31）、以及一端转动设置在所述上壳（2）内壁上的转柱（26）；

所述转柱（26）为两组，对称设置在转套（30）的两侧，转套（30）和挤压柱（33）之间设置有旋转结构；

所述转柱（26）的一侧外壁沿其径向固定有第一横臂（28），第一横臂（28）上沿其长度方向开设有配合槽（29），在第二横臂（31）的端部固定有与配合槽（29）滑动卡合的配合柱（32）；

在转柱（26）上固定有启动齿轮（27），第二导电环（9）的两侧外壁上对称设置有一段弧形齿条，所述弧形齿条与启动齿轮（27）适配；在所述衬底（6）两侧均固定有卡套（25），所述转柱（26）的另一端与所述卡套（25）转动插合。

7.根据权利要求6所述的一种过负载自启动压力传感器，其特征在于，所述旋转结构包括螺旋设置在所述挤压柱（33）靠近上壳（2）的一段外壁上的一号螺旋槽，所述转套（30）靠近绝缘压环（11）的一段内壁上螺旋设置有二号螺旋槽；

所述一号螺旋槽与二号螺旋槽的螺距、旋向以及半径均相同，且相互对应，在一号螺旋槽和二号螺旋槽之间滚动设置有滚珠（34）；

所述启动齿轮（27）的外周上局部连续有齿，所述输出模块（4）通过连接件（35）与所述第三导电环（10）连接。

8.一种如权利要求6-7任一项所述的过负载自启动压力传感器的使用方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一，预调试，包括启动齿轮的预组装调试和第二导电环的初始位置预调试；

步骤二，安装，将底座安装于设备上，保持设备上的受力监测点穿过穿孔进入到压力槽中并与膜片贴合；同时保证膜片处于自然不受力状态；

步骤三，建立通讯，将输出模块与监测器材连接，包括无线连接和有线连接。

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