CN220288842U - 传感器结构、测力传感器及测量装置 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种传感器结构、测力传感器及测量装置，所述传感器结构包括：单横梁部件，其包括一体成型的单横梁和弹性体，所述弹性体包括用于检测到受力后发生形变的检测件；第一基板，其位于在所述单横梁远离所述检测件的表面并部分覆盖所述单横梁；测量部件，其与所述第一基板电连接，并固定在所述第一基板非覆盖的所述单横梁上以用于测量所述检测件的受力，以及将测量到所述受力的结果通过所述第一基板输出。本申请可以提高传感器结构强度的同时还可以减少装配部件，以进一步减小测力传感器的尺寸。

Description

传感器结构、测力传感器及测量装置

技术领域

本申请涉及传感器技术领域，尤其涉及一种传感器结构、测力传感器及测量装置。

背景技术

测力传感器是一种能够感知物体所受力的一种传感器，可以将力转换为电信号或数字信号，用于测量和记录物体所受的压力、张力、剪切力、扭矩等力学参数。测力传感器的核心是弹性体，该弹性体检测到受力后会发生微小形变。电阻应变片作为测量这种形变的工具，被安装在该弹性体上。当受力后形变产生时，该阻应变片测量到受力形变的变化，并通过惠斯通电桥产生差分信号输出。

随着技术的发展，传统的贴片式应变片测力式传感器逐步被玻璃微熔测力传感器所代替，向着体积、尺寸更小、结构简易且精度更高的方向发展。相关技术中的一些传感器，存在尺寸较大，结构较复杂，导致传感器应用受限，无法为一些小型精密仪器做重力方面的测量。

实用新型内容

本申请提供一种传感器结构、测力传感器及测量装置，用以解决相关技术中因传感器存在尺寸较大、结构较复杂而导致传感器应用受限的问题。

第一方面，本申请提供一种传感器结构，所述传感器结构包括：

单横梁部件，其包括一体成型的单横梁和弹性体，所述弹性体包括用于检测到受力后发生形变的检测件；

第一基板，其位于在所述单横梁远离所述检测件的表面并部分覆盖所述单横梁；

测量部件，其与所述第一基板电连接，并固定在所述第一基板非覆盖的所述单横梁上以用于测量所述检测件的受力，以及将测量到所述受力的结果通过所述第一基板输出。

在本申请一些实施例中，所述弹性体还包括壳体，所述壳体和所述检测件为一体成型且所述检测件朝所述壳体外部突出，所述单横梁位于所述壳体内部且与所述壳体为一体成型，所述检测件在外力的作用下发生形变并将受力形变经过所述壳体传递至所述单横梁，并由所述单横梁传递至所述测量部件。

在本申请一些实施例中，所述壳体内部包括位于所述单横梁两侧的第一深槽和第二深槽。

在本申请一些实施例中，所述第一基板配置有多个连接件和多个引脚，所述引脚与外部的信号采集设备连接，每个连接件对应连接一个引脚以用于将所述测量部件的测量结果通过所述第一基板由所述连接件和其对应的引脚输出。

在本申请一些实施例中，所述第一基板还配置有多个焊盘，所述测量部件通过金属引线与所述焊盘电连接。

在本申请一些实施例中，所述传感器结构还包括底板，所述底板焊接在所述壳体的底部以实现密封。

在本申请一些实施例中，所述测量部件通过玻璃微熔技术贴装在所述第一基板非覆盖的所述单横梁上。

在本申请一些实施例中，所述第一基板以胶粘方式固定在所述单横梁远离所述检测件的表面上。

在本申请一些实施例中，所述第一基板为C型形状。

在本申请一些实施例中，所述壳体的侧面设有引线出口，以将所述第一基板与外部信号采集设备进行连接。

第二方面，本申请还提供一种测力传感器，所述测力传感器包括如第一方面任一项所述的传感器结构。

第三方面，本申请还提供一种测量装置，所述测量装置包括如第二方面所述的测力传感器。

在本申请一些实施例中，所述测量装置还包括基座、受力板、第一螺栓以及第二螺栓，其中所述基座内部设有用于放置所述测力传感器，所述测力传感器的检测件高于所述基座的第一表面以能够检测到作用在受力板的安装力。

在本申请一些实施例中，所述第一螺栓和所述第二螺栓用于将所述受力板安装在所述基座上，所述第一螺栓和所述第二螺栓在螺栓紧固过程中，对所述受力板产生所述安装力，所述测力传感器的单横梁部件受到所述安装力而产生形变，进而通过所述单横梁上的测量部件向第一基板输出电信号。

在本申请一些实施例中，所述测量装置还包括第二基板，所述第二基板与所述第一基板的引脚连接，以将所述引脚输出的信号传输至外部的信号采集设备。

本申请提供的传感器结构、测力传感器及测量装置，通过一体成型的单横梁部件，单横梁部件能够将受力产生的形变传递至测量部件，以根据所述形变对所述受力进行测量，并将测量结果通过第一基板输出。由于单横梁部件是一体成型，故可以提高传感器结构强度的同时还可以减少装配部件，以进一步减小测力传感器的尺寸。

附图说明

为了更清楚地说明本申请或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本申请的一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本申请实施例提供的传感器结构的立体图；

图2是本申请实施例提供的传感器结构的俯视图；

图3是图2的A-A剖面示意图；

图4是图2的B-B剖面示意图；

图5是本申请实施例提供的单横梁部件的仰视图；

图6是图5的A-A剖面示意图；

图7是图6的B-B剖面示意图；

图8是本申请实施例提供的传感器结构的爆炸图；

图9是本申请实施例提供的测量部件的示意图；

图10是本申请实施例提供的测量装置的整体示意图；

图11是本申请实施例提供的测量装置的俯视图；

图12是本申请实施例提供的测量装置的F-F剖面示意图。

附图标记：

10：单横梁部件；20：第一基板； 30：测量部件；

40：底板； 50：测量装置；

101：单横梁； 102：弹性体； 1021：壳体；

1022：检测件； 104：第一深槽； 105：第二深槽；

201：连接件； 202：引脚； 203：焊盘；

501：基座； 502：受力板； 503：第一螺栓；

504：第二螺栓； 505：安装槽； 506：第二基板；

5011：第一表面。

具体实施方式

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请中的附图，对本申请中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的实施例能够以除了在这里图示或描述的内容以外的顺序实施。

为了解决相关技术中因传感器存在尺寸较大、结构较复杂而导致传感器应用受限的问题，本申请提供一种传感器结构、测力传感器及测量装置，通过一体成型的单横梁部件，单横梁部件能够将受力产生的形变传递至测量部件，以根据所述形变对所述受力进行测量，并将测量结果通过第一基板输出。由于单横梁部件是一体成型，故可以提高传感器结构强度的同时还可以减少装配部件，以进一步减小测力传感器的尺寸。

下面结合图1-图12描述本申请所述传感器结构、测力传感器及测量装置。

请参考图1、图2、图3、图4，图1是本申请实施例提供的传感器结构的立体图，图2是本申请实施例提供的传感器结构的俯视图，图3是图2的A-A剖面示意图，图4是图2的B-B剖面示意图。一种传感器结构可以包括单横梁部件10、第一基板20以及测量部件30。

示例性地，单横梁部件10包括一体成型的单横梁101和弹性体102，弹性体102包括用于检测到受力后发生形变的检测件1022。由于单横梁101和弹性体102是一体成型的，所以当弹性体101的检测件1022检测到受力后会发生形变，从而将会形变的变化传递至单横梁101。

弹性体102可以采用受外力作用呈现弹性变形的材料，其被设计成与被测对象相接触，并通过测量部件30将被测对象所施加的力转化为传感器的输出信号。弹性体102根据传感器的类型可以是由金属线材或弹簧钢等弹性材料制成，或者是由陶瓷材料或聚合物材料制成等，本申请对弹性体102的材料和结构不做限定。弹性体102可以被固定在测量装置的底座上，当外力作用于弹性体102时，弹性体102会发生形变，从而使测量部件30根据该形变对该外力进行测量，并输出电信号至第一基板20。

具体地，单横梁部件10的结构请参考图5、图6、图7，图5是本申请实施例提供的单横梁部件的仰视图，图6是图5的A-A剖面示意图，图7是图6的B-B剖面示意图。示例型地，单横梁部件10的弹性体102还可以包括壳体1021，壳体1021可以包括上盖和外壳。壳体1021和检测件1022为一体成型，且检测件1022朝壳体1021外部突出，检测件1022在外力的作用下能够发生形变并将受力形变经过壳体1021传递至单横梁101，并由单横梁101传递至测量部件30。本申请对检测件1022的位置和形状不做限定。

示例性地，单横梁101可以位于壳体1021内部，且与壳体1021为一体成型，壳体1021内部包括位于单横梁101两侧的第一深槽104和第二深槽105。

因此，由于单横梁101和弹性体102是一体成型，能够提高传感器的强度，同时减少装配部件，进而解决了相关技术中一些测力传感器，存在尺寸较大，结构较复杂的问题。并且，由于在壳体1021内部形成第一深槽104和第二深槽105，可以减少单横梁101的刚度，使得单横梁101上受力更均匀，也便于测量部件30的布置，进而使得测量部件30在受力过程中灵敏度较高。

示例性地，请参考图8，图8是本申请实施例提供的传感器结构的爆炸图。第一基板20固定在单横梁101远离检测件1022的表面(即单横梁101的下表面)并部分覆盖单横梁101，第一基板20配置有多个连接件201、多个引脚(例如PIN针)202以及多个焊盘203。每个引脚202可以与外部的信号采集设备连接，每个连接件201对应连接一个引脚202以用于将测量部件30的测量结果通过第一基板20由连接件201和其对应的引脚202输出，由此外部的信号采集设备可以采集到第一基板20输出的信号。

在本申请的一些实施例中，第一基板20可以以胶粘方式固定在单横梁101远离检测件1022的表面(即单横梁101的下表面)上，胶水的渗透性能能够让第一基板20和单横梁101之间紧密连接并实现稳固的固定。第一基板20也可以通过焊接、插件等方式固定在单横梁101上。选择哪种方式可以根据传感器结构的设计和实际应用情况进行决定，本申请对此不做限定。

在本申请的一些实施例中，如图9所示，焊盘203可以通过金属引线与测量部件30进行电连接，以使得第一基板20通过焊盘203接收测量部件30输出的电信号。所述金属引线例如可以是金线。

第一基板20可以是用于承载连接件201、引脚202、焊盘203以及电路、电子器件等的PCB(Printed Circuit Board)板，即印刷电路板。第一基板20的作用是将测量部件30输出的电信号进行放大、滤波和处理等，并将处理后的信号通过连接件201输出到引脚202，并通过引脚202输出至外部信号采集设备进行下一步数据处理和分析。

示例性地，壳体1021的侧面可以设置引线出口，以通过引线方式将第一基板20与外部信号采集设备进行连接。

第一基板20可以设计成各种形状和尺寸，也可以定制电路图案和电路元器件的布局，因此可以满足传感器各种技术和应用的要求。例如，如图8所示，第一基板20可以设计为C型形状。由于本申请所述传感器结构比较小，故第一基板20的大小和结构能够在保证精度的前提下做到尽量的小型和轻便。第一基板20具有设计灵活、可靠性高等优势。

示例性地，请参考图9，测量部件30与第一基板20进行电连接，测量部件30固定在第一基板20非覆盖的单横梁101上以测量检测件1022的受力，以及将测量到的受力结果通过第一基板20输出。

也就是说，单横梁101包括第一基板20覆盖的第一部分和第一基板20非覆盖的第二部分，而测量部件30是固定在单横梁101的第二部分上，即测量部件30是固定在单横梁101的第二部分的下表面。

示例性地，测量部件30可以通过玻璃微熔技术贴装在第一基板20非覆盖的单横梁101上。也就是说测量部件30是贴装在裸露的单横梁101的下表面，这样检测件1022受力的形变能够通过单横梁101直接传递至测量部件30。

玻璃微熔技术(Glass microbonding)又称微型键合技术，是一种常用于微电子学和微加工领域的微细制造技术。采用玻璃微熔技术将测量部件30进行贴装的具体步骤例如是：首先将测量部件30固定在单横梁101上，利用玻璃微熔工艺将两者贴合在一起。在加热和冷却的过程中，玻璃会融化和凝固，形成一定的粘合力和机械强度，可以将测量部件30牢固地固定在单横梁101上。

示例性地，测量部件30可以是电阻应变片，用于测量外部的作用力。具体地，电阻应变片可以将检测到受力形变的信号转化为电阻信号，进而通过测量电阻值的变化来确定受力的大小。当外力作用于电阻应变片上时，电阻应变片会发生形变，从而改变其电阻值。利用电桥(例如惠斯通电桥)等电路可以将这种电阻值的变化，转化为输出电压的变化。这个输出电压就是测量的受力信号，这样就能通过第一基板20对该受力信号进行处理，实现对外力的测量。

示例性地，请参考图8，所述传感器结构还包括底板40，底板40焊接在壳体1021的底部以实现密封。

具体地，底板40与引脚202可以通过玻璃封接一体化工艺实现，即通过一种集成的玻璃封装工艺，将底板40和引脚202连接起来，实现一体化。引脚202是第一基板20与外部信号采集部件之间的桥梁，用于将第一基板20和外部信号采集部件连接起来。

通过玻璃封装技术可以将底板和引脚进行一体化封装，具有以下作用：第一、保护第一基板。玻璃封装材料具有优异的隔热、防潮和耐腐蚀性能，可以保护第一基板不受外界环境影响。第二、增强机械强度。玻璃封装材料有较高的硬度和强度，可以增强整个第一基板的机械强度和稳定性。第三、提高传输效率。底板和引脚在玻璃封装材料的保护下密封一体化，可提高信号传输的效率和可靠性，减少电路损耗。

而且，通过玻璃封装技术可以将底板40和引脚202进行一体化封装，也可以便于封装传感器内部的第一基板20与测量部件30以免受潮进水等损害内部元器件，从而大大减少了零件个数以及工艺流程的同时以进一步减小传感器尺寸。

需要说明的是，采用上述的传感器结构形成的测力传感器，其体积可以缩小至155mm3，可以为一些小型精密仪器做重力方面的测量。

在本申请的一些实施例中，本申请还提供一种测力传感器，所述测力传感器包括如上任一实施例所述的传感器结构。

需要说明的是，本申请实施例提供的测力传感器，能够实现上述传感器结构的功能，且能够达到相同的技术效果，在此不再对本实施例中与传感器结构实施例相同的部分及有益效果进行具体赘述。

以下通过一应用实施例描述本申请所述测力传感器。

请参考图10、图11、图12，图10是本申请实施例提供的测量装置的整体示意图，图11是本申请实施例提供的测量装置的俯视图，图12是本申请实施例提供的测量装置的F-F剖面示意图。一种测量装置，包括如上任一实施例所述的测力传感器。

示例性地，所述测量装置50还包括基座501、受力板502、第一螺栓503以及第二螺栓504。其中，基座501内部设有安装槽505，安装槽505用于放置所述测力传感器，所述测力传感器的检测件1022高于基座501的第一表面5011以能够检测到作用在受力板502的安装力，也就是说检测件1022与受力板502存在一定的过盈配合，以使得测力传感器通过检测件1022能够受到受力板502传递的压力。

其中，第一螺栓503和所述第二螺栓504用于将受力板502安装在基座501上，以实现受力板502和基座501的连接。第一螺栓503和所述第二螺栓504在螺栓紧固过程中，对受力板502产生安装力，所述测力传感器的单横梁部件受到所述安装力而产生形变，进而通过单横梁上的测量部件向第一基板输出电信号。

示例性地，所述测量装置50还包括第二基板506，第二基板506与第一基板的引脚连接，通过第二基板506将引脚输出的信号传输至外部的信号采集设备。

需要说明的是，本申请可以采用柔性的第二基板506，通过所述测力传感器的第一基板将引脚的信号引出基座501外部的信号采集设备，以便于进行外部测试，但本申请不限于采用第二基板506的方式，还可以采用其他方式。另外，通过第二基板506也可以根据实际需要将引脚输出的信号转换为数字信号，故本申请对此不做限定。

由此可见，采用本申请所述测力传感器，在安装过程中实现精准施加安装力矩，以达到保护小型精密部件的作用。

需要说明的是，上述实施例是用于对螺栓紧固力的测量，但本申请所述测力传感器还可以用于对压紧力的测量，故本申请对于测力传感器的应用场景不做限定。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (15)

1.一种传感器结构，其特征在于，所述传感器结构包括：

单横梁部件，其包括一体成型的单横梁和弹性体，所述弹性体包括用于检测到受力后发生形变的检测件；

第一基板，其位于在所述单横梁远离所述检测件的表面并部分覆盖所述单横梁；

测量部件，其与所述第一基板电连接，并固定在所述第一基板非覆盖的所述单横梁上以用于测量所述检测件的受力，以及将测量到所述受力的结果通过所述第一基板输出。

2.根据权利要求1所述的传感器结构，其特征在于，所述弹性体还包括壳体，所述壳体和所述检测件为一体成型且所述检测件朝所述壳体外部突出，所述单横梁位于所述壳体内部且与所述壳体为一体成型，所述检测件在外力的作用下发生形变并将受力形变经过所述壳体传递至所述单横梁，并由所述单横梁传递至所述测量部件。

3.根据权利要求2所述的传感器结构，其特征在于，所述壳体内部包括位于所述单横梁两侧的第一深槽和第二深槽。

4.根据权利要求3所述的传感器结构，其特征在于，所述第一基板配置有多个连接件和多个引脚，所述引脚与外部的信号采集设备连接，每个连接件对应连接一个引脚以用于将所述测量部件的测量结果通过所述第一基板由所述连接件和其对应的引脚输出。

5.根据权利要求4所述的传感器结构，其特征在于，所述第一基板还配置有多个焊盘，所述测量部件通过金属引线与所述焊盘电连接。

6.根据权利要求2所述的传感器结构，其特征在于，所述传感器结构还包括底板，所述底板焊接在所述壳体的底部以实现密封。

7.根据权利要求1所述的传感器结构，其特征在于，所述测量部件通过玻璃微熔技术贴装在所述第一基板非覆盖的所述单横梁上。

8.根据权利要求1所述的传感器结构，其特征在于，所述第一基板以胶粘方式固定在所述单横梁远离所述检测件的表面上。

9.根据权利要求1所述的传感器结构，其特征在于，所述第一基板为C型形状。

10.根据权利要求4所述的传感器结构，其特征在于，所述壳体的侧面设有引线出口，以将所述第一基板与外部信号采集设备进行连接。

11.一种测力传感器，其特征在于，所述测力传感器包括如权利要求1～10任一项所述的传感器结构。

12.一种测量装置，其特征在于，所述测量装置包括如权利要求11所述的测力传感器。

13.根据权利要求12所述的测量装置，其特征在于，所述测量装置还包括基座、受力板、第一螺栓以及第二螺栓，其中所述基座内部设有用于放置所述测力传感器，所述测力传感器的检测件高于所述基座的第一表面以能够检测到作用在受力板的安装力。

14.根据权利要求13所述的测量装置，其特征在于，所述第一螺栓和所述第二螺栓用于将所述受力板安装在所述基座上，所述第一螺栓和所述第二螺栓在螺栓紧固过程中，对所述受力板产生所述安装力，所述测力传感器的单横梁部件受到所述安装力而产生形变，进而通过所述单横梁上的测量部件向第一基板输出电信号。

15.根据权利要求13或14所述的测量装置，其特征在于，所述测量装置还包括第二基板，所述第二基板与所述第一基板的引脚连接，以将所述引脚输出的信号传输至外部的信号采集设备。