专利名称：一种高动态二维力敏传感器及其加工方法
技术领域：
本发明涉及压力传感器技术领域，具体涉及一种高动态二维力敏传感器及其加工方法。
背景技术：
目前市场上压力式传感器的使用范围基本在几公斤到几百公斤之间。由于技术所限，测量压力在一公斤左右的力敏传感器都需要放大电路的配合才能使用，其原因是如果不增加放大电路，力敏传感器在受到14.7N(l』Kg)的压力时输出范围只有几十到几百毫伏，这么小的信号若要被计算机采集和使用，必须增加放大电路，否则信号无法满足使用要求。这样既增加了中间环节的数量，降低了系统的可靠性，又增加了系统的重量，并且电子元器件的使用会让产品在宽环境温度范围内(_55°C-_-+85°C )工作时，温度漂移大，输出信号误差明显增大。如图1、2所示，目前常用的测量范围在0 5Kg压力的力敏传感器均采用的是悬臂梁结构，包括移动手柄1、固定螺钉2、弹性梁体3、壳体定位螺钉孔4、壳体5、外接引线6 和应变计7 ；将弹性梁体3的一端固定，在另一端施加外力。按压帽盖或移动手柄1可根据用户需求进行配置，使用者通过对帽盖的按压或移动手柄1的扳动将压力传递给弹性梁体3的施力点，使弹性梁体3产生形变，且带动应变计 7发生形变。弹性梁壳体5与梁体底座8通过螺纹相连接，对内部环境起到保护作用。壳体 5通过定位螺钉孔4与外部设备进行连接固定。内部应变计7的外接引线6通过底座8上的过孔引出。弹性梁壳体5内部结构以及受力形变后如图2。受到外力的弹性梁体3产生形变，弹性梁体3的底部形变最大，因此目前所有悬臂梁结构的力敏传感器的应变计7粘贴位置会尽量靠近固定端粘贴。为了使产品在受到轻微外力时应变计的变形达到最大，生产加工过程需要满足三个基本条件。第一，在外力相同的条件下，弹性金属的形变尽量大，第二，石英晶体应变计的厚度尽量�。坏谌⒕逵Ρ浼频恼程ざ染】赡艹ぃ从Ρ浼频某ざ仍匠ぃ伪湓酱�。 若要提高产品的输出，则需要对上述三个条件进行改进。由于石英晶体原料特点是硬、脆，因此受目前国内加工工艺限制，石英晶体应变计的厚度基本为0. 01mm，所以若要达到形变最大，只能在第一条和第三条中寻求更多的变化。
发明内容
针对上述现有技术的不足，本发明提供一种结构简单，微型化并且测量更加准确的差动变压器式线位移传感器及其制作方法。为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是一种高动态二维力敏传感器，包括移动手柄、弹性梁体、壳体、壳体定位螺钉孔、外接引线、电路板、底座和应变计，其特征在于所述弹性梁体下端中间部分较细，呈对称双漏斗型，弹性梁体外端设置有用于安装应变计的扩展梁体，所述扩展梁体包括4片设置在弹性梁体外围的金属薄板，4片金属薄板围合的截面呈正方形，所述扩展梁体上端和弹性梁体连接，所述扩展梁体下端和底座连接。所述应变计为U型。一种高动态二维力敏传感器的加工方法，包括以下步骤1)筛选应变计将无基底U型应变计，做温度老化实验后，选取阻值相近的应变计，将四个阻值接近的应变计，两两为一组组成电桥，并按要求对应变计的引出金丝进行整形，使得应变计便于粘贴；2)加工弹性梁体对粗加工的弹性梁体进行热处理工艺，然后精加工；3)粘贴应变计首先对扩展梁体表面进行打磨和清洗，然后在扩展梁体表面涂刷应变胶，进行固化，固化结束后再涂刷一层应变胶，将整形的应变计准确的贴在扩展梁体上，最后再按应变胶固化工艺进行固化；4)焊接电路板应变计的引出端为金丝，采取铟焊，焊接时温度控制在250°C 士 10°C ；内部电路联接为锡焊，最终通过基座底部引出引线；5)壳体组装弹性梁体底座有用于旋转的盲孔，用专用工具夹住盲孔，将壳体与弹性梁体底座拧紧。本发明与现有技术相比具有以下优点在外形尺寸非常小的情况下，无需放大电路，就可以使二维力敏传感器输出较大信号供后续电路使用，从而使产品可靠性大大提高。
图1为常用微型力敏传感器的结构示意图。
图2为常用微型力敏传感器的弹性梁与应变计结构示意图。 图3为本发明二维力敏传感器的弹性梁体的剖视图。图4为本发明二维力敏传感器的弹性梁体的主视图。 图5为图4的C-C剖面结构示意图。附图标记说明1-移动手柄；2-固定螺钉；3-弹性梁体；4-壳体定位螺钉孔；5-壳体；6-外接引线；7-应变计；
8-基座；9-扩展梁体；
具体实施例方式如图3、图4和图5所示二维力敏传感器，弹性梁体3的结构与以往有较大差异，将原来粘贴应变计7位置的弹性梁体3的截面变细，呈对称双漏斗型，这样可以大大增加该部分的形变。扩展梁体9包括4片沿弹性梁体3的轴向设置在弹性梁体3外围的金属薄板，4 片金属薄板围合的截面呈正方形。将应变计7粘贴在扩展梁体9的金属薄板上，由于金属薄板可以研磨的很�。虼嗽诘粤禾�3弯曲时不会产生较大抗力。而扩展梁体9的应变计7粘贴位置宽度要显著大于老式弹性梁体3。这样就为应变计7进行改进创新打下了基础。扩展梁体9上端固定在弹性梁体3上，下端和基座8连接。为了使石英晶体应变计7的应变长度增长，就要充分利用扩展梁体9金属粘贴面的宽度和长度，本发明的扩展梁体9的应变计7粘贴面积要大于目前通用的弹性梁体3面积。由于粘贴面积增宽，将长条型应变计7加工成U型应变计，此种设计可以将应变计 7的形变长度增加60% 80%，在受到相同外力按压时U型应变计的有效形变率比长条形应变计的有效变化率大60% 80%，因此应变计7两端的电压值的变化也大大增加。下面以生产一只如下参数的高动态力敏传感器为例，详细说明本发明的生产过程。
权利要求
1.一种高动态二维力敏传感器，包括移动手柄、弹性梁体、壳体、壳体定位螺钉孔、外接引线、电路板、底座和应变计，其特征在于所述弹性梁体下端中间部分较细，呈对称双漏斗型，弹性梁体外端设置有用于安装应变计的扩展梁体，所述扩展梁体包括4片设置在弹性梁体外围的金属薄板，4片金属薄板围合的截面呈正方形，所述扩展梁体上端和弹性梁体连接，所述扩展梁体下端和底座连接。
2.根据权利要求1所述的一种高动态二维力敏传感器，其特征在于所述应变计为U型。
3.一种高动态二维力敏传感器的加工方法，其特征在于包括以下步骤1)筛选应变计将无基底U型应变计，做温度老化实验后，选取阻值相近的应变计，将四个阻值接近的应变计，两两为一组组成电桥，并按要求对应变计的引出金丝进行整形，使得应变计便于粘贴；2)加工弹性梁体对粗加工的弹性梁体进行热处理工艺，然后精加工；3)粘贴应变计首先对扩展梁体表面进行打磨和清洗，然后在扩展梁体表面涂刷应变胶，进行固化，固化结束后再涂刷一层应变胶，将整形的应变计准确的贴在扩展梁体上，最后再按应变胶固化工艺进行固化；4)焊接电路板应变计的引出端为金丝，采取铟焊，焊接时温度控制在250°C 士 10°C ；内部电路联接为锡焊，最终通过基座底部引出引线；5)壳体组装弹性梁体底座有用于旋转的盲孔，用专用工具夹住盲孔，将壳体与弹性梁体底座拧紧。
全文摘要
本发明涉及一种高动态二维力敏传感器，包括移动手柄、弹性梁体、壳体、电路板、底座和应变计，所述弹性梁体下端中间部分较细，呈对称双漏斗型，弹性梁体外端设置有用于安装应变计的扩展梁体，所述扩展梁体包括4片设置在弹性梁体外围的金属薄板，4片金属薄板围合的截面呈正方形，所述扩展梁体上端和弹性梁体连接，所述扩展梁体下端和底座连接。加工步骤包括筛选应变计，加工弹性梁体，粘贴应变计，粘电路板及焊接内部电路，壳体组装。本发明高动态二维力敏传感器在外形尺寸非常小的情况下，无需放大电路，就可以使二维力敏传感器输出较大信号供后续电路使用，从而使产品可靠性大大提高。
文档编号G01L1/18GK102175360SQ201110026039
公开日2011年9月7日 申请日期2011年1月24日 优先权日2011年1月24日
发明者李威, 梁锋, 王卫斌, 韦林 申请人:西安旭彤电子科技有限公司
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