专利名称：一种静电容式测力传感器的制作方法
技术领域：
本发明涉及传感器技术领域，尤其涉及一种测力传感器。
背景技术：
在纺织设备中，采用电机转动带动滚筒转动来卷绕丝，在卷绕的过程中，电机的转 速稳定性和设备的机械传动都对丝的拉力有影响，因此丝受到的拉力大小有变化。丝受到的拉伸力越稳定，成品的质量越稳定。相反，如果拉伸力忽大忽�。虺善� 不够平整，质量较差。例如在化纤丝和棉纺丝的处理过程中，丝的伸展度，柔软度和加工丝 的设备的稳定性有很大的关系。因此需要一个设备对丝上面受到的拉力的大小进行检测。
发明内容
本发明的目的是提供一种静电容式测力传感器，检测丝织物拉力大�。痉⒚鞯� 技术方案如下一种静电容式测力传感器，其特征在于，包含悬臂；联接件，与该悬臂通过粘胶粘接；三角星型膜片，具有内圈和外圈，该内圈与该联接件采用激光焊接的方式相连 接；基板，该外圈通过铆钉与该基板固定联接，该基板上设置第一电极、第二电极和电路。本发明的优点是(1)与纺织物接触的悬臂的材质为陶瓷，其硬度足够适合织物的高速摩擦、切削， 不致损坏。(2)适合很小的力的测量，适合纺织行业。
下面结合附图，通过对本发明的具体实施方式
的详细描述，将使本发明的技术方 案及其他有益效果显而易见。图1为本发明测力传感器的剖面图；图2为本发明中测力电路的电路图；图3为测力电路输入时钟信号的波形图；图4为本发明中电容充电时实际电压的波形图；图5为本发明中电容放电时实际电压的波形图；图6为本发明中信号XI、信号X2的时钟信号示意图；图7为本发明中TO的时钟信号波形3
图8为载荷F与电压U之间的关系图；图9为本发明三角星型膜片的一个实施例；图10为本发明三角星型膜片的另一个实施例。
具体实施例方式为了更进一步了解本发明的特征，请参阅以下有关本发明的详细说明与附图，然 而所附图式仅提供参考与说明之用，并非用来对本发明的保护范围加以限制。图1为本发明的结构示意图。本发明由悬臂101、联接件102、三角星型膜片103、 基板104组成。三角星型膜片103具有内圈107和外圈108。内圈107和外圈108之间设置孔 109，以使得当内圈107受到力的作用时，容易产生弹性相对变形。(详细技术内容请见图9 与图10)悬臂101通过联接件102与三角星型膜片103的内圈107粘接式刚性联接，具体 方法是联接件102与悬臂101之间采用粘胶粘接，联接件102和内圈107之间采用激光焊接。悬臂101的材质为陶瓷，联接件102为钢，三角星型膜片103为弹性较好的高强度 钢。陶瓷硬度高，可以经受纺织物高速的切削。弹性较好的高强度钢能够保证三角星型膜 片103内圈107的变形。外圈108通过铆钉与基板104固定联接，使三角星型膜片103固定在基板104上。基板104上设置电极105、电极106和电路。电极105与内圈107形成电容Cl，电 极106与内圈107形成电容C2。当在悬臂101作用有外力载荷F时，通过联接件102将力载荷传递于三角星型膜 片103，引起内圈107变形，从而使得电容Cl和C2的值发生变化。Cl和C2互为呈相反变化的联调电容，即Cl充电时，C2放电；Cl放电时，C2充电。图2为测力电路的电路图的实施例，它设置在基板104上。电路包含由第一电阻 Rl与第一电容Cl串联组成的第一延时电路，Cl接地；由第二电阻R2与第二电容C2串联组 成的第二延时电路，C2接地；第一延时电路与第二延时电路并联。异或逻辑元件201，第一 延时电路的输出端与第二延时电路的输出端接入异或逻辑元件201的输入端。Ti为输入时钟信号，Xl为经过第一延时电路RlCl后得到的信号，X2为经过第二 延时电路R2C2后得到的信号，TO为信号Xl和X2通过异或逻辑元件201后得到的信号。输入一个时钟信号Ti，其波形图如图3所示。
t当Cl或C2充电时，实际电压；^=—波形如图4所示。其中，
，
τ为时间常数，X τ =RC。因此，τ不同，充电的快慢不同。U (⑴)为充电电压。
t当C1，C2放电时，实际电压;=波形如图5示。其中，τ为时
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间常数，τ =RC。因此，τ不同，放电的快慢也不同。U。(0+)为放电开始时电压。输入时钟信号Ti经RlCl电路后，得到信号Xl ；经R2C2电路后，得到信号X2。信号XI、信号X2的时钟信号示意图如图6所示。由于RlCl的值与R2C2不相等，XI，X2两路信号到达高低电平临界点的时刻也不同。即，信号Xl和X2为不同步信号。电平逻辑上的不同步信号Xl和X2通过异或逻辑元件201，得到不同占空比的方波 信号T0，如图7所示。载荷F和高电平的占空比成比例关系。S卩，传感器悬臂201的载荷F越大，在输出 信号中高电平的占空比越大。采用通用的D/A转换电路将方波信号TO转换为模拟量U。理论分析结合试验研究表明，当载荷F较小时，载荷F和模拟量U之间近似呈线形 关系。理论依据方面分析如下1.平行板电容器的电容C= ε S/4JI kd(S 两极板正对面积，d 两极板间的垂直 距离，ω 介电常数)，可以得知电容C与两极板间的距离d成反比。2.悬臂101通过联接件102与三角星型膜片103的内圈107刚性联结；三角星型 膜片103的外圈108与基板104刚性联结；这样就可以近似认为悬臂101上的力F导致三 角星型膜片103的内圈107和外圈108之间相对变形为线形变化。线形变化导致电极105、 106的极板间的距离d相对于力F进行线性变化。3. RC充放电函数反映的实际上是电压Uc和电容C之间的关系，结合上述原因1和 2可知，电容C与两极板间的距离d成反比的关系，而d和力F为线性关系。所以将充放电 函数转换为电压Uc和力F之间的关系，即充电Uc(t) = U (⑴)(l-e-kFt)放电Uc(t) = Uc(O+) e_kFt*注k为一常量。根据泰勒公式对上述2式进行展开，得到
权利要求
1.一种静电容式测力传感器，其特征在于，包含悬臂；联接件，与该悬臂通过粘胶粘接；三角星型膜片，具有内圈和外圈，该内圈与该联接件采用激光焊接的方式相连接； 基板，该外圈通过铆钉与该基板固定联接，该基板上与该三角星型膜片相接触的一个 面上设置第一电极和第二电极，另一个面上设置电路。
2.根据权利要求1所述的静电容式测力传感器，其特征在于，该电路包含 第一延时电路，由第一电阻与第一电容串联组成，该第一电容接地；第二延时电路，由第二电阻与第二电容串联组成，该第二电容接地，该第一延时电路与该第二延时电路并联；异或逻辑元件，该第一延时电路的输出端与第二延时电路的输出端接入该异或逻辑元 件的输入端。
3.根据权利要求2所述的静电容式测力传感器，其特征在于，该内圈和该外圈之间设置孔。
4.根据权利要求3所述的静电容式测力传感器，其特征在于，该孔为2条弧形孔。
5.根据权利要求3所述的静电容式测力传感器，其特征在于，该孔为3条弧形孔。
6.根据权利要求1所述的静电容式测力传感器，其特征在于，该悬臂的材质为陶瓷。
7.根据权利要求6所述的静电容式测力传感器，其特征在于，该联接件的材质为钢。
8.根据权利要求7所述的静电容式测力传感器，其特征在于，该三角星型膜片的材质 为高强度钢。
9.根据权利要求2所述的静电容式测力传感器，其特征在于，该悬臂的材质为陶瓷。
10.根据权利要求9所述的静电容式测力传感器，其特征在于，该三角星型膜片的材质 为高强度钢。
全文摘要
本发明揭示了一种静电容式测力传感器，包含悬臂；联接件，与悬臂通过粘胶粘接；三角星型膜片，具有内圈和外圈，内圈与联接件采用激光焊接的方式相连接；基板，外圈通过铆钉与基板固定联接，基板上与三角星型膜片相接触的一个面上设置第一电极和第二电极，另一个面上设置电路。
文档编号G01L5/10GK102140758SQ20101010378
公开日2011年8月3日 申请日期2010年2月1日 优先权日2010年2月1日
发明者刘东方, 李海鹰 申请人:刘东方, 李海鹰
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