CN220251248U - 触力传感器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及传感器技术领域，提供了触力传感器，包括壳体、MEMS芯片、膜片和承力球。其中壳体内开设有容置空间，壳体的一侧端面开设有容置空间的开口，容置空间内注有硅油；MEMS芯片设置于容置空间中，且浸泡于硅油内；膜片包括连接区和感应区，连接区位于感应区的外周侧，连接区与壳体的端面沿周向固定，感应区正对容置空间，且感应区面向容置空间的一侧端面与硅油的水平面贴合；承力球固定于感应区背对容置空间的一侧端面，且承力球与膜片靠近容置空间一侧的端面相切。将承力球作为承力点，且承力球与膜片相切，使得当承力球受力时，膜片受力更集中，通过收缩容置空间的容积挤压硅油，进而将力传导至芯片，提高了传感器的灵敏度。

Description

触力传感器

技术领域

本实用新型涉及传感器技术领域，尤其涉及一种触力传感器。

背景技术

触力传感器是一种电子触力传感设备，广泛应用在医疗用输液泵、可移动的非倒装压力泵、堵塞物探测、肾透析机、负载和加压传感、可变张力控制模拟、机器人端部感应器等设备、场合当中。

常见的触力传感器包括壳体，壳体内设置有容纳空间，容纳空间内设置有MEMS芯片，容纳空间开的开口处设置有膜片，容纳空间内部充满硅油，当膜片受到外力后，膜片发生形变，挤压容置空间内的硅油，通过硅油将力传递至芯片，芯片对应的发出电信号。

但由于日常使用时，外力多分散的作用于膜片的表面，这就使得膜片难以发生对应的形变以挤压硅油，传感器的灵敏度和准确度均难以达到要求。

因此，亟需一种触力传感器，以解决上述技术问题。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提出一种触力传感器，膜片受力的能够更集中，更容易发生形变，提高了传感器的灵敏度。

为达此目的，本实用新型采用以下技术方案：

触力传感器，包括：

壳体，上述壳体内开设有容置空间，上述壳体的一侧端面开设有上述容置空间的开口，上述容置空间内注有硅油；

MEMS芯片，上述MEMS芯片设置于上述容置空间中，且浸泡于上述硅油内；

膜片，上述膜片包括连接区和感应区，上述连接区位于上述感应区的外周侧，上述连接区与上述壳体的端面沿周向固定，上述感应区正对上述容置空间，且上述感应区面向上述容置空间的一侧端面与上述硅油的水平面贴合；

承力球，上述承力球固定于上述感应区背对上述容置空间的一侧端面，且上述承力球与上述膜片靠近上述容置空间一侧的端面相切。

作为上述触力传感器的一种优选技术方案，上述膜片背对上述容置空间一侧的端面开设有安装槽，上述承力球固定于上述安装槽中，且上述承力球的直径大于上述安装槽的槽深。

作为上述触力传感器的一种优选技术方案，还包括PCBA板，上述MEMS芯片固定于上述PCBA板上，上述PCBA板与上述壳体固定。

作为上述触力传感器的一种优选技术方案，沿第一方向，上述承力球的中心与上述MEMS芯片的中心位于同一直线。

作为上述触力传感器的一种优选技术方案，上述容置空间呈圆柱体，且上述容置空间的轴向与上述第一方向平行。

作为上述触力传感器的一种优选技术方案，上述容置空间包括第一空间和第二空间，上述第一空间的直径大于上述第二空间的直径，上述第二空间通过上述第一空间与上述膜片连接，上述MEMS芯片安装于上述第二空间内。

作为上述触力传感器的一种优选技术方案，上述容置空间还开设有第三空间，上述第三空间的直径大于上述第二空间的直径，上述第三空间位于上述第二空间背对上述第一空间的一侧，且上述第三空间的开口开设于上述壳体的另一侧端面，上述PCBA板位于上述第三空间，且沿周向与上述第二空间正对上述第三空间一侧的端面固定。

作为上述触力传感器的一种优选技术方案，上述壳体开设有注油通道，上述注油通道连通上述第一空间和上述第三空间，上述注油通道与上述第二空间间隔设置。

作为上述触力传感器的一种优选技术方案，上述第三空间内设置有封堵球，上述封堵球沿周向与上述壳体焊接固定且密封上述注油通道与上述第三空间连接的端口，上述封堵球的直径大于上述端口的最大口径。

作为上述触力传感器的一种优选技术方案，上述PCBA板背对上述MEMS芯片的一侧连接有信号线，上述信号线延伸至上述壳体外。

本实用新型有益效果：

本实用新型提供了一种触力传感器，包括壳体、MEMS芯片、膜片和承力球。其中壳体内开设有容置空间，壳体的一侧端面开设有容置空间的开口，容置空间内注有硅油；MEMS芯片设置于容置空间中，且浸泡于硅油内；膜片包括连接区和感应区，连接区位于感应区的外周侧，连接区与壳体的端面沿周向固定，感应区正对容置空间，且感应区面向容置空间的一侧端面与硅油的水平面贴合；承力球固定于感应区背对容置空间的一侧端面，且承力球与膜片靠近容置空间一侧的端面相切。

在使用触力传感器测力时，承力球作为承力点，受到外力时，承力球挤压膜片，膜片发生弹性形变向容置空间侧凹陷，此时容置空间的容积减小，致使硅油把力传递到MEMS芯片上，单晶硅薄膜受力变化，从而集成在硅薄膜上的惠斯通电桥产生一个与所加压力成线性比例的电压输出信号。如此设置，将承力球作为承力点，且承力球与膜片相切，使得当承力球受力时，膜片受力更集中，更容易发生形变，通过收缩容置空间的容积，挤压硅油，进而将力传导至芯片，提高了触力传感器的灵敏度。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对本实用新型实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，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，还可以根据本实用新型实施例的内容和这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型实施例提供的触力传感器的俯视图；

图2是图1中A-A处的剖视图。

图中：

10、壳体；11、第一空间；12、第二空间；13、第三空间；14、注油通道；

20、MEMS芯片；21、PCBA板；22、信号线；

30、膜片；31、承力球；40、封堵球。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本实用新型，而非对本实用新型的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本实用新型相关的部分而非全部结构。

在本实用新型的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本实施例的描述中，术语“上”、“下”、“右”、等方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化操作，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅仅用于在描述上加以区分，并没有特殊的含义。

如图1和图2所示，本实用新型提供了一种触力传感器，包括壳体10、MEMS芯片20、膜片30和承力球31。其中所示壳体10内开设有容置空间，壳体10的一侧端面开设有容置空间的开口，容置空间内注有硅油；MEMS芯片20设置于容置空间中，且浸泡于硅油内；膜片30包括连接区和感应区，连接区位于感应区的外周侧，连接区与壳体10的端面沿周向固定，感应区正对容置空间，且感应区面向容置空间的一侧端面与硅油的水平面贴合；承力球31固定于感应区背对容置空间的一侧端面，且承力球31与膜片30靠近容置空间一侧的端面相切。

在使用触力传感器测力时，承力球31作为承力点，受到外力时，承力球31挤压膜片30，膜片30发生弹性形变向容置空间侧凹陷，此时容置空间的容积减小，致使硅油把力传递到MEMS芯片20上，单晶硅薄膜受力变化，从而集成在硅薄膜上的惠斯通电桥产生一个与所加压力成线性比例的电压输出信号。如此设置，将承力球31作为承力点，且承力球31与膜片30相切，使得当承力球31受力时，膜片30受力更集中，更容易发生形变，通过收缩容置空间的容积，挤压硅油，进而将力传导至芯片，提高了触力传感器的灵敏度。

优选的，膜片30的连接区与壳体10的端面焊接连接。

可选的，膜片30背对容置空间一侧的端面开设有安装槽，承力球31固定于安装槽中，且承力球31的直径大于安装槽的槽深。如此设置，通过安装槽限制承力球31沿膜片30的径向移动，将承力球31固定于预设位置，同时保持承力球31至少部分位于安装槽的外部以承受外力。

优选的，承力球31与膜片30焊接连接。

可选的，触力传感器还包括PCBA板21，MEMS芯片20固定于PCBA板21上，PCBA板21与壳体10固定。优选的，MEMS芯片20与PCBA板21粘接固定，且采用金线键合工艺把MEMS芯片20和PCBA引脚键合。PCBA板21与壳体10焊接固定。

可选的，沿第一方向，承力球31的中心与MEMS芯片20的中心位于同一直线。

可选的，容置空间呈圆柱体，且容置空间的轴向与第一方向平行。如此设置，力的传递方向与容置空间的轴向平行，有效的增加触力传感器的承载能力以及稳定性，降低加工难度。

可选的，容置空间包括第一空间11和第二空间12，第一空间11的直径大于第二空间12的直径，第二空间12通过第一空间11与膜片30连接，MEMS芯片20安装于第二空间12内。如此设计，第一空间11至第二空间12的通道呈收口状设置，利用两者的直径存在差值，使得当薄膜受力后，挤压第一空间11，第一空间11内的硅油向第二空间12压缩，使得硅油能够更加集中的将力传递至MEMS芯片20上。

可选的，容置空间还开设有第三空间13，第三空间13的直径大于第二空间12的直径，第三空间13位于第二空间12背对第一空间11的一侧，且所述第三空间13的开口开设于所述壳体10的另一侧端面，PCBA板21位于第三空间13，且沿周向与第二空间12正对第三空间13一侧的端面固定。如此设计，PCBA板21自第三空间13的开口，放入第三空间13内，且将MEMS芯片20伸入第二空间12内，PCBA板21将第二空间12与第三空间13的交接处封堵密封，如此设置方便安装。

优选的，PCBA板21与第二空间12正对第三空间13一侧的端面焊接密封，结构简单，且防止硅油在受到挤压后，流入第三空间13，不仅污染了第三空间13的安装环境，而且导致第一空间11和第二空间12内的硅油储量不足，硅油的水平面与膜片30之间存在空隙，当膜片30发生变形后，空隙被挤压，无法及时及充分的将力通过硅油传递至芯片，致使设备的灵敏度下降。

可选的，壳体10开设有注油通道14，注油通道14连通第一空间11和第三空间13，注油通道14与第二空间12间隔设置。如此设置，在将PCBA板12与壳体10安装完成后，通过注油通道14向第一空间11和第二空间12中注入硅油。

可选的，第三空间13内设置有封堵球40，封堵球40沿周向与壳体10焊接固定且密封注油通道14与第三空间13连接的端口，封堵球40的直径大于端口的最大口径。如此设置，在通过注油通道14向第一空间11和第二空间12中注油后，将封堵球40于注油通道与第三空间13的连接端口处与壳体10沿周向密封，如此使得注油后的第一空间11和第二空间12形成密闭空间，保持其内部的硅油容量一定，防止泄露。进一步的，采用封堵球40密封，封堵球40的部分能够进入注油通道14内，并挤压注油通道14内的硅油进一步的向第一空间11和第二空间12内填充，使得第一空间11和第二空间12内的硅油能够充满空间，以防止在注油过程，第一空间11与第二空间12并未填充完全的情况出现。

优选的，使用电阻焊或是储能焊的焊接工艺将封堵球40与壳体10焊接固定。

优选的，采用高真空充油工艺把硅油充入第一空间11内并进行封焊。

可选的，PCBA板21背对MEMS芯片20的一侧连接有信号线22，信号线22延伸至壳体10外。信号线22用于将MEMS芯片20受力时产生的电压输出信号向外界传输。

具体的，本实用新型提供的触力传感器的具体安装步骤如下：

S1、将MEMS芯片20贴在PCBA板21上；

S2、采用金线键合工艺把MEMS芯片20和PCBA板21引脚键合；

S3、采用焊接工艺把承力球31与膜片30连接；

S4、采用焊接工艺把膜片30与壳体10连接；

S5、采用焊接工艺把PCBA板21与壳体10连接；

S6、采用高真空充油工艺把硅油充入第一空间11并进行封焊；

S7、采用高性能信号线22引出壳体10输出信号并封装。

此外，上述仅为本实用新型的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本实用新型不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本实用新型的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本实用新型进行了较为详细的说明，但是本实用新型不仅仅限于以上实施例，在不脱离本实用新型构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本实用新型的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (10)

1.触力传感器，其特征在于，包括：

壳体(10)，所述壳体(10)内开设有容置空间，所述壳体(10)的一侧端面开设有所述容置空间的开口，所述容置空间内注有硅油；

MEMS芯片(20)，所述MEMS芯片(20)设置于所述容置空间中，且浸泡于所述硅油内；

膜片(30)，所述膜片(30)包括连接区和感应区，所述连接区位于所述感应区的外周侧，所述连接区与所述壳体(10)的端面沿周向固定，所述感应区正对所述容置空间，且所述感应区面向所述容置空间的一侧端面与所述硅油的水平面贴合；

承力球(31)，所述承力球(31)固定于所述感应区背对所述容置空间的一侧端面，且所述承力球(31)与所述膜片(30)靠近所述容置空间一侧的端面相切。

2.根据权利要求1所述的触力传感器，其特征在于，所述膜片(30)背对所述容置空间一侧的端面开设有安装槽，所述承力球(31)固定于所述安装槽中，且所述承力球(31)的直径大于所述安装槽的槽深。

3.根据权利要求1所述的触力传感器，其特征在于，还包括PCBA板(21)，所述MEMS芯片(20)固定于所述PCBA板(21)上，所述PCBA板(21)与所述壳体(10)固定。

4.根据权利要求3所述的触力传感器，其特征在于，沿第一方向，所述承力球(31)的中心与所述MEMS芯片(20)的中心位于同一直线。

5.根据权利要求4所述的触力传感器，其特征在于，所述容置空间呈圆柱体，且所述容置空间的轴向与所述第一方向平行。

6.根据权利要求5所述的触力传感器，其特征在于，所述容置空间包括第一空间(11)和第二空间(12)，所述第一空间(11)的直径大于所述第二空间(12)的直径，所述第二空间(12)通过所述第一空间(11)与所述膜片(30)连接，所述MEMS芯片(20)安装于所述第二空间(12)内。

7.根据权利要求6所述的触力传感器，其特征在于，所述容置空间还开设有第三空间(13)，所述第三空间(13)的直径大于所述第二空间(12)的直径，所述第三空间(13)位于所述第二空间(12)背对所述第一空间(11)的一侧，且所述第三空间(13)的开口开设于所述壳体(10)的另一侧端面，所述PCBA板(21)位于所述第三空间(13)，且沿周向与所述第二空间(12)正对所述第三空间(13)一侧的端面固定。

8.根据权利要求7所述的触力传感器，其特征在于，所述壳体(10)开设有注油通道(14)，所述注油通道(14)连通所述第一空间(11)和所述第三空间(13)，所述注油通道(14)与所述第二空间(12)间隔设置。

9.根据权利要求8所述的触力传感器，其特征在于，所述第三空间(13)内设置有封堵球(40)，所述封堵球(40)沿周向与所述壳体(10)焊接固定且密封所述注油通道(14)与所述第三空间(13)连接的端口，所述封堵球(40)的直径大于所述端口的最大口径。

10.根据权利要求3所述的触力传感器，其特征在于，所述PCBA板(21)背对所述MEMS芯片(20)的一侧连接有信号线(22)，所述信号线(22)延伸至所述壳体(10)外。