CN215217880U - 一种重力检测传感器 - Google Patents

Abstract

一种重力检测传感器，设有屏蔽罩，屏蔽罩内部设有金属变形体和电路板，金属变形体通过环氧AB胶水贴敷有惠斯通应变片，惠斯通应变片包括四只电阻形成的惠斯通电桥；惠斯通电桥的第一角点与传感器电源引脚电连接，惠斯通电桥的第二角点与信号正引脚电连接，惠斯通电桥的第三角点与传感器接地引脚电连接，惠斯通电桥的第四角点与信号负引脚电连接；电路板还设有通道选择器、前置放大器、模数转换器和数字滤波器，信号正引脚和信号负引脚与通道选择器电连接，通道选择器与前置放大器电连接，前置放大器与模数转换器电连接，模数转换器与数字滤波器电连接。本实用新型实现主动、独立及间隙式子系统高集成重力测量，节能效果好，方便批量生产，精度高。

Description

一种重力检测传感器

技术领域

本实用新型属于传感器技术领域，具体涉及一种重力检测传感器。

背景技术

重力检测传感器利用压电效应实现，传感器内部一块重物和压电片整合在一起，通过正交两个方向产生的电压大小，来计算出水平方向。压电效应是对于不存在对称中心的异极晶体加在晶体上的外力除了使晶体发生形变以外，还将改变晶体的极化状态，在晶体内部建立电场，这种由于机械力作用使介质发生极化的现象称为正压电效应。主要应用在手机横竖屏智能切换；拍摄照片方向；重力感应类游戏，例如平衡球、赛车游戏等。

目前市面上用来检测力学的传感器，一般用压电薄膜实现，材料有康铜、聚氨酯，输出mv/v信号，后续需要用户做运放调零及线性调整，尺寸较大，非专业的用户在对传感器的调校方法及理解上存在具大差异。使用灵活性差、功耗较大，性能得不到保证，不利于进行批量生产，无法满足用户高使用精度的需求。

实用新型内容

为此，本实用新型提供一种重力检测传感器，达到使用灵活、节能、降功耗，而又不牺牲性能，方便批量生产及满足用户使用高精度需求的目的。

为了实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：一种重力检测传感器，包括屏蔽罩，所述屏蔽罩内部设有金属变形体和电路板，所述金属变形体通过环氧AB胶水贴敷有惠斯通应变片，所述惠斯通应变片包括由四只电阻形成的惠斯通电桥；

所述电路板设有传感器电源引脚、信号正引脚、传感器接地引脚和信号负引脚；所述惠斯通电桥的第一角点与所述传感器电源引脚电连接，所述惠斯通电桥的第二角点与所述信号正引脚电连接，所述惠斯通电桥的第三角点与所述传感器接地引脚电连接，所述惠斯通电桥的第四角点与所述信号负引脚电连接；

所述电路板还设有通道选择器、前置放大器、模数转换器和数字滤波器，所述信号正引脚和信号负引脚与所述通道选择器电连接，所述通道选择器与所述前置放大器电连接，所述前置放大器与所述模数转换器电连接，所述模数转换器与所述数字滤波器电连接。

作为重力检测传感器的优选方案，所述电路板还集成有温度传感器，所述温度传感器与所述通道选择器电连接，温度传感器用于对重力检测传感器进行温度补偿；

所述电路板具有温度测量选择引脚，温度测量选择引脚电连接有温度测量用二极管。

作为重力检测传感器的优选方案，所述电路板还集成有通信模块、数字校准器和缓冲器，所述数字滤波器与所述数字校准器电连接，所述数字校准器与所述缓冲器电连接，所述缓冲器与所述通信模块电连接。

作为重力检测传感器的优选方案，所述通信模块通过I2C或者SPI通讯协议控制压力信号进行智能化监测，通信模块通过监测到的压力信号控制外围装备。

作为重力检测传感器的优选方案，所述通信模块具有集成在电路板上的时钟引脚、数据引脚、地址选择引脚和通信选择引脚。

作为重力检测传感器的优选方案，所述电路板还集成有电压调节器，所述电压调节器具有集成在电路板上的电源引脚和地线引脚。

作为重力检测传感器的优选方案，所述电路板还集成有硬中断比较阀，所述硬中断比较阀用于监测比较惠斯通应变片的压力输出变量，以主动提供给主控制系统一个拉高电压进行主系统唤醒。

作为重力检测传感器的优选方案，所述电路板还集成有振荡器，所述振荡器用于重复产生重力电子信号；

所述电路板还集成有一次性可编辑存储器，所述一次性可编辑存储器烧录有重力检测传感器的触发量程及触发时间。

作为重力检测传感器的优选方案，所述电路板还集成有电荷泵，所述电荷泵用于通过较低的输入电压产生较高的脉冲电压输出。

作为重力检测传感器的优选方案，所述金属变形体的材质为铜、铝、钢或合金钢材。

本实用新型具有如下优点：设有屏蔽罩，屏蔽罩内部设有金属变形体和电路板，金属变形体通过环氧AB胶水贴敷有惠斯通应变片，惠斯通应变片包括由四只电阻形成的惠斯通电桥；电路板设有传感器电源引脚、信号正引脚、传感器接地引脚和信号负引脚；惠斯通电桥的第一角点与传感器电源引脚电连接，惠斯通电桥的第二角点与信号正引脚电连接，惠斯通电桥的第三角点与传感器接地引脚电连接，惠斯通电桥的第四角点与信号负引脚电连接；电路板还设有通道选择器、前置放大器、模数转换器和数字滤波器，信号正引脚和信号负引脚与通道选择器电连接，通道选择器与前置放大器电连接，前置放大器与模数转换器电连接，模数转换器与数字滤波器电连接。本实用新型能够实现主动、独立性、及间隙式子系统的高度集成重力测量，降低系统集的工作周期频率及周期，从而提高整个系统的使用灵活性，节能效果好，功耗低，不牺牲性能，极大方便传感器的批量生产，满足用户高使用精度的需求。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是示例性的，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图引伸获得其它的实施附图。

本说明书所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本实用新型可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本实用新型所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本实用新型所揭示的技术内容能涵盖的范围内。

图1为本实用新型实施例中提供的重力检测传感器分解示意图；

图2为本实用新型实施例中提供的重力检测传感器电路原理示意图。

图中，1、屏蔽罩；2、金属变形体；3、电路板；4、惠斯通应变片；5、传感器电源引脚；6、信号正引脚；7、传感器接地引脚；8、信号负引脚；9、通道选择器；10、前置放大器；11、模数转换器；12、数字滤波器；13、温度传感器；14、温度测量用二极管；15、通信模块；16、数字校准器；17、缓冲器；18、时钟引脚；19、数据引脚；20、地址选择引脚；21、电荷泵；22、通信选择引脚；23、硬中断比较阀；24、振荡器；25、一次性可编辑存储器。

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本实用新型的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点及功效，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

参见图1和图2，提供一种重力检测传感器，包括屏蔽罩1，所述屏蔽罩1内部设有金属变形体2和电路板3，所述金属变形体2通过环氧AB胶水贴敷有惠斯通应变片4，所述惠斯通应变片4包括由四只电阻形成的惠斯通电桥；

所述电路板3设有传感器电源引脚5、信号正引脚6、传感器接地引脚7和信号负引脚8；所述惠斯通电桥的第一角点与所述传感器电源引脚5电连接，所述惠斯通电桥的第二角点与所述信号正引脚6电连接，所述惠斯通电桥的第三角点与所述传感器接地引脚7电连接，所述惠斯通电桥的第四角点与所述信号负引脚8电连接；

所述电路板3还设有通道选择器9、前置放大器10、模数转换器11和数字滤波器12，所述信号正引脚6和信号负引脚8与所述通道选择器9电连接，所述通道选择器9与所述前置放大器10电连接，所述前置放大器10与所述模数转换器11电连接，所述模数转换器11与所述数字滤波器12电连接。

本实施例中，所述电路板3还集成有温度传感器13，所述温度传感器13与所述通道选择器9电连接，温度传感器13用于对重力检测传感器进行温度补偿；所述电路板3具有温度测量选择引脚，温度测量选择引脚电连接有温度测量用二极管14。所述电路板3还集成有通信模块15、数字校准器16和缓冲器17，所述数字滤波器12与所述数字校准器16电连接，所述数字校准器16与所述缓冲器17电连接，所述缓冲器17与所述通信模块15电连接。所述通信模块15通过I2C或者SPI通讯协议控制压力信号进行智能化监测，通信模块15通过监测到的压力信号控制外围装备。

本实施例中，所述通信模块15具有集成在电路板3上的时钟引脚18、数据引脚19、地址选择引脚20和通信选择引脚22。所述电路板3还集成有电压调节器26，所述电压调节器26具有集成在电路板3上的电源引脚和地线引脚。所述电路板3还集成有硬中断比较阀23，所述硬中断比较阀23用于监测比较惠斯通应变片4的压力输出变量，以主动提供给主控制系统一个拉高电压进行主系统唤醒。

本实施例中，所述电路板3还集成有振荡器24，所述振荡器24用于重复产生重力电子信号；所述电路板3还集成有一次性可编辑存储器25，所述一次性可编辑存储器25烧录有重力检测传感器的触发量程及触发时间。所述电路板3还集成有电荷泵21，所述电荷泵21用于通过较低的输入电压产生较高的脉冲电压输出。

具体的，本实用新型以蚀刻带有一个惠斯通电桥的四只电阻的压电薄膜作为第一区电路，将具有压力线性、零点、温度补偿和硬中断控制等功能调理芯片作为第二区电路，将带放大功能的模拟信号和数字信号同时输出的电压调节器26作为第三区电路。

本实用新型将带有金属应变膜的惠斯通电桥信号进行同时多级放大、信号处理，但所输出的功能则在应用中可以灵活使用，在主系统睡眠时，通过第二区电路区域行间歇式的供电方式和输出力信号的形式，经过内部配置阀值进行比较，监测比较第一区压力芯体的压力输出变量，以主动提供给主控制系统一个拉高电压以达到唤醒主系统的能力，其次在主系统开启后，再通过I2C或者SPI的通讯协议控制第二区配合第一区的输出压力信号进行智能化监测，通过监测到的压力信号可以达到控制外围的其它动力装备。

具体的，在结构上采用胶粘剂与半导体封装的技术，优其在金属变形体2的结构设计时，为了方便用户保证安装时不影响力信号的精准度，金属变形体2设计成内沉孔。通过设计双重控制系统，可以同时同步对第二区与第三区进行功能控制，达到更加安全的效果。

本实用新型在电路中设计了节能控制，在第二区电路芯片中设计了间歇式的稳定电源输入及间隙式输出的方式，在能快速充分的读取压力信号的同时又保证了功耗的最小化。本实用新型第二区电路内部在系统上电时均可以配置灵活的主动采集信号，时间可根据应用需要进行选择。

重力检测传感器的一个实施例中，对电路板3进行电磁防干扰设计，将金属罩内的磁场杂信号进行处理，避免不干净的信号传入系统，影响系统精度，提高了在恶劣环境下的应用。另外电路板3底部进行穿孔设计，外壁同时保留了出线设计，线径在0.1-2mm的范围，极大的适应用户从底部及侧面的安装需求。

辅助图2，重力检测传感器的制作过程如下：

第一、将惠斯通应变片4通过滴上AB环氧胶水贴敷在金属变形体2(铜，铝，钢或合金钢材)上，金属变形体2形变厚度通过现有的力学仿真软件进行计算，然后通过多次高温固化，将金属形变体进行一体化固定；

第二、将第一中的半成品用标准铬铁焊接的方法将应变膜上的输入及输出焊盘用金属线引出技术，按原理图进行与底部的PCBA连线；

第三、用喷涂设备在金属变形体2底部的四周，规则的涂上用于固定金属材质屏蔽罩1所需要胶水；

第四、将贴片好元器件的电路板3固定在第一项涂好粘接胶的金属变形体2上；

第五、将第四项半成品高温烘烤，进行固定位置；

第六、完成产品的封装，进行性能测试。

本实用新型设有屏蔽罩1，屏蔽罩1内部设有金属变形体2和电路板3，金属变形体2通过环氧AB胶水贴敷有惠斯通应变片4，惠斯通应变片4包括由四只电阻形成的惠斯通电桥；电路板3设有传感器电源引脚5、信号正引脚6、传感器接地引脚7和信号负引脚8；惠斯通电桥的第一角点与传感器电源引脚5电连接，惠斯通电桥的第二角点与信号正引脚6电连接，惠斯通电桥的第三角点与传感器接地引脚7电连接，惠斯通电桥的第四角点与信号负引脚8电连接；电路板3还设有通道选择器9、前置放大器10、模数转换器11和数字滤波器12，信号正引脚6和信号负引脚8与通道选择器9电连接，通道选择器9与前置放大器10电连接，前置放大器10与模数转换器11电连接，模数转换器11与数字滤波器12电连接。本实用新型能够实现主动、独立性、及间隙式子系统的高度集成重力测量，降低系统集的工作周期频率及周期，从而提高整个系统的使用灵活性，节能效果好，功耗低，不牺牲性能，极大方便传感器的批量生产，满足用户高使用精度的需求。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本实用新型作了详尽的描述，但在本实用新型基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本实用新型精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本实用新型要求保护的范围。

Claims (10)

1.一种重力检测传感器，其特征在于，包括屏蔽罩(1)，所述屏蔽罩(1)内部设有金属变形体(2)和电路板(3)，所述金属变形体(2)通过环氧AB胶水贴敷有惠斯通应变片(4)，所述惠斯通应变片(4)包括由四只电阻形成的惠斯通电桥；

所述电路板(3)设有传感器电源引脚(5)、信号正引脚(6)、传感器接地引脚(7)和信号负引脚(8)；所述惠斯通电桥的第一角点与所述传感器电源引脚(5)电连接，所述惠斯通电桥的第二角点与所述信号正引脚(6)电连接，所述惠斯通电桥的第三角点与所述传感器接地引脚(7)电连接，所述惠斯通电桥的第四角点与所述信号负引脚(8)电连接；

所述电路板(3)还设有通道选择器(9)、前置放大器(10)、模数转换器(11)和数字滤波器(12)，所述信号正引脚(6)和信号负引脚(8)与所述通道选择器(9)电连接，所述通道选择器(9)与所述前置放大器(10)电连接，所述前置放大器(10)与所述模数转换器(11)电连接，所述模数转换器(11)与所述数字滤波器(12)电连接。

2.根据权利要求1所述的一种重力检测传感器，其特征在于，所述电路板(3)还集成有温度传感器(13)，所述温度传感器(13)与所述通道选择器(9)电连接，温度传感器(13)用于对重力检测传感器进行温度补偿；

所述电路板(3)具有温度测量选择引脚，温度测量选择引脚电连接有温度测量用二极管(14)。

3.根据权利要求1所述的一种重力检测传感器，其特征在于，所述电路板(3)还集成有通信模块(15)、数字校准器(16)和缓冲器(17)，所述数字滤波器(12)与所述数字校准器(16)电连接，所述数字校准器(16)与所述缓冲器(17)电连接，所述缓冲器(17)与所述通信模块(15)电连接。

4.根据权利要求3所述的一种重力检测传感器，其特征在于，所述通信模块(15)通过I2C或者SPI通讯协议控制压力信号进行智能化监测，通信模块(15)通过监测到的压力信号控制外围装备。

5.根据权利要求3所述的一种重力检测传感器，其特征在于，所述通信模块(15)具有集成在电路板(3)上的时钟引脚(18)、数据引脚(19)、地址选择引脚(20)和通信选择引脚(22)。

6.根据权利要求1所述的一种重力检测传感器，其特征在于，所述电路板(3)还集成有电压调节器(26)，所述电压调节器(26)具有集成在电路板(3)上的电源引脚和地线引脚。

7.根据权利要求1所述的一种重力检测传感器，其特征在于，所述电路板(3)还集成有硬中断比较阀(23)，所述硬中断比较阀(23)用于监测比较惠斯通应变片(4)的压力输出变量，以主动提供给主控制系统一个拉高电压进行主系统唤醒。

8.根据权利要求1所述的一种重力检测传感器，其特征在于，所述电路板(3)还集成有振荡器(24)，所述振荡器(24)用于重复产生重力电子信号；

所述电路板(3)还集成有一次性可编辑存储器(25)，所述一次性可编辑存储器(25)烧录有重力检测传感器的触发量程及触发时间。

9.根据权利要求1所述的一种重力检测传感器，其特征在于，所述电路板(3)还集成有电荷泵(21)，所述电荷泵(21)用于通过较低的输入电压产生较高的脉冲电压输出。

10.根据权利要求1所述的一种重力检测传感器，其特征在于，所述金属变形体(2)的材质为铜、铝、钢或合金钢材。

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