CN112014010A - 一种新型应变式压力二维力传感器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及传感器技术领域，公开了一种新型应变式压力二维力传感器，包括弹性元件，弹性元件为“T”型梁结构，弹性元件包括纵向延伸的纵梁以及水平延伸的横梁，纵梁的侧面上具有横向延伸的第一通槽，横梁的侧面上具有纵向延伸的第二通槽；纵梁上粘贴有电阻应变计R1、电阻应变计R2、电阻应变计R3以及电阻应变计R4，电阻应变计R1、电阻应变计R2、电阻应变计R3以及电阻应变计R4构成了横向压力测量惠斯通电桥。本申请提供的一种新型应变式压力二维力传感器，采用“T”型梁的结构设计，抗偏心载荷、侧向载荷能力强，能够改善动态和静态应用性能；同时结构简单、紧凑，安装、拆卸方便，节省安装空间。

Description

一种新型应变式压力二维力传感器

技术领域

本发明涉及传感器技术领域，尤其涉及一种新型应变式压力二维力传感器。

背景技术

在工业自动化潮流的快速发展下，现如今越来越多的产品，依靠对产品零部件产生不同的压力感来提升用户对产品的使用体验，例如压感笔、游戏鼠标滚轮等等。但这些产品在装配过程中往往存在一些问题，例如在使用游戏鼠标滚轮时，需要检测滚轮所受到的两个方向的力，即滚轮的纵向压力和横向的滚动压力，以保证用户在使用鼠标时，能够具有很好的手感。因此，需要提供一种可以精准控制压力在两个方向输出的传感器来解决以上问题，以提高生产效力、产品质量、以及将产品用户体验进一步提升。

发明内容

本发明的目的在于提供一种新型应变式压力二维力传感器，旨在解决现有技术中，缺乏一种可实时测量来自两个不同方向的压力的传感器的问题。

本发明是这样实现的，提供一种新型应变式压力二维力传感器，包括弹性元件，所述弹性元件为“T”型梁结构，所述弹性元件包括纵向延伸的纵梁以及水平延伸的横梁，所述纵梁的侧面上具有横向延伸的第一通槽，所述横梁的侧面上具有纵向延伸的第二通槽；所述纵梁上粘贴有电阻应变计R1、电阻应变计R2、电阻应变计R3以及电阻应变计R4，所述电阻应变计R1、电阻应变计R2、电阻应变计R3以及电阻应变计R4构成了横向压力测量惠斯通电桥；所述横梁上粘贴有电阻应变计R5、电阻应变计R6、电阻应变计R7以及电阻应变计R8，所述电阻应变计R5、电阻应变计R6、电阻应变计R7以及电阻应变计R8构成了纵向压力测量惠斯通电桥。

进一步地，所述纵梁的顶部与所述横梁的中部固定连接，形成所述“T”型梁结构。

进一步地，所述电阻应变计R1的第一端耦接于电源正极，所述电阻应变计R4的第一端耦接于所述电阻应变计R1的第二端，所述电阻应变计R4的第二端耦接于电源负极，所述电阻应变计R2的第一端耦接于电阻应变计R1的第一端，所述电阻应变计R3的第一端耦接于所述电阻应变计R2的第二端，所述电阻应变计R3的第二端耦接于电源负极。

进一步地，所述电阻应变计R5的第一端耦接于电源正极，所述电阻应变计R8的第一端耦接于所述电阻应变计R5的第二端，所述电阻应变计R8的第二端耦接于电源负极，所述电阻应变计R6的第一端耦接于电阻应变计R5的第一端，所述电阻应变计R7的第一端耦接于所述电阻应变计R6的第二端，所述电阻应变计R7的第二端耦接于电源负极。

进一步地，所述弹性元件外周套设有用于保护所述弹性元件的外壳，且所述外壳与所述弹性元件之间具有间隙。

进一步地，所述弹性元件的侧面上设置有多个第一螺纹孔，所述第一螺纹孔通过螺钉与所述外壳进行配合固定，所述螺钉上套设有“O”型垫圈，且所述“O”型垫圈用于将所述外壳与所述弹性元件分隔开，并位于所述外壳与所述弹性元件之间。

进一步地，所述“O”型垫圈采用橡胶材质制成。

进一步地，多个所述第一螺纹孔设置在所述横梁的侧面上，和/或多个所述第一螺纹孔关于所述弹性元件的中心轴对称布置。

进一步地，所述第二通槽关于所述弹性元件的中心轴对称。

进一步地，所述横梁上表面设置有多个用于将所述传感器安装固定至指定位置的第二螺纹孔。

与现有技术相比，本发明主要有以下有益效果：

上述提供的一种新型应变式压力二维力传感器，由于压力测量采用“T”型梁的结构设计，抗偏心载荷、侧向载荷能力强，能够改善动态和静态应用性能。同时结构简单、紧凑，安装、拆卸方便，节省安装空间，能够满足压感笔、游戏鼠标滚轮等产品对不同方向的力值的实时测量和控制，从而提高生产效率、降低产品不良率，优化用户体验。

附图说明

图1是本发明实施例提供的一种新型应变式压力二维力传感器的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的一种新型应变式压力二维力传感器的结构分解示意图；

图3是本发明实施例提供的压力测量惠斯通电桥的电路图。

附图标记：1-弹性元件，2-外壳，3-螺钉，4-“O”型垫圈，5-导线，11-纵梁，12-横梁，13-第一螺纹孔，14-第二螺纹孔，111-第一通槽，121-第二通槽。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，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，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

以下结合具体实施例对本发明的实现进行详细的描述。

请参阅图1，图1示出了本发明提供的一种新型应变式压力二维力传感器的结构示意图，同时参阅图2，本实施例提供的一种新型应变式压力二维力传感器，包括弹性元件1，弹性元件1为“T”型梁结构，弹性元件1包括纵向延伸的纵梁11以及水平延伸的横梁12，纵梁11的侧面上具有横向延伸的第一通槽111，横梁12的侧面上具有纵向延伸的第二通槽121；纵梁11上粘贴有电阻应变计R1、电阻应变计R2、电阻应变计R3以及电阻应变计R4，电阻应变计R1、电阻应变计R2、电阻应变计R3以及电阻应变计R4构成了横向压力测量惠斯通电桥；横梁12上粘贴有电阻应变计R5、电阻应变计R6、电阻应变计R7以及电阻应变计R8，电阻应变计R5、电阻应变计R6、电阻应变计R7以及电阻应变计R8构成了纵向压力测量惠斯通电桥。

上述提供的一种新型应变式压力二维力传感器，电阻应变计R1、电阻应变计R2、电阻应变计R3、电阻应变计R4贴在纵梁11上，当弹性元件1受到横向压力时，纵梁11会产生沿横向方向的形变，这使得纵梁11上的电阻应变计的电阻发生变化，再通过横向压力测量惠斯通电桥完成压力值的测量；电阻应变计R5、电阻应变计R6、电阻应变计R7、电阻应变计R8贴在横梁12上，当弹性元件1受到纵向压力时，横梁12会产生沿纵向方向的形变，这使得横梁12上的电阻应变计的电阻发生变化，再通过纵向压力测量惠斯通电桥完成压力值的测量，从而实现实时测量纵向压力和横向压力；弹性元件1采用“T”型梁的结构设计，结构简单、紧凑，安装、拆卸方便；同时压力测量时精度高、可靠性好。

本发明提供的一种新型应变式压力二维力传感器，由于压力测量采用“T”型梁的结构设计，抗偏心载荷、侧向载荷能力强，能够改善动态和静态应用性能。同时结构简单、紧凑，安装、拆卸方便，节省安装空间，能够满足压感笔、游戏鼠标滚轮等产品对不同方向的力值的实时测量和控制，从而提高生产效率、降低产品不良率，优化用户体验。

优选地，电阻应变计R1、电阻应变计R2、电阻应变计R3、电阻应变计R4贴在纵梁11的侧面上。

优选地，电阻应变计R5、电阻应变计R6、电阻应变计R7、电阻应变计R8贴在横梁12的下表面上。

作为本发明的一种实施方式，参阅图2，纵梁11的顶部与横梁12的中部固定连接，形成“T”型梁结构。这使得纵梁11承载的重量更少，整个结构的稳定性更强，承载力更强。

参阅图3，电阻应变计R1的第一端耦接于电源正极，电阻应变计R4的第一端耦接于电阻应变计R1的第二端，电阻应变计R4的第二端耦接于电源负极，电阻应变计R2的第一端耦接于电阻应变计R1的第一端，电阻应变计R3的第一端耦接于电阻应变计R2的第二端，电阻应变计R3的第二端耦接于电源负极。当纵梁11受横向压力时，电阻应变计R1、电阻应变计R3电阻增大，电阻应变计R2、电阻应变计R4电阻减小，若此时电桥供电为U，则输出电压U0，从而将横向压力转换成可测量的电压信号，实现横向压力值的测量。

同样地，电阻应变计R5的第一端耦接于电源正极，电阻应变计R8的第一端耦接于电阻应变计R5的第二端，电阻应变计R8的第二端耦接于电源负极，电阻应变计R6的第一端耦接于电阻应变计R5的第一端，电阻应变计R7的第一端耦接于电阻应变计R6的第二端，电阻应变计R7的第二端耦接于电源负极。当横梁12受纵向压力时，R6、R7电阻增大，R5、R8电阻减小，若此时电桥供电为U3，则输出电压U4，从而将压力转换成可测量的电压信号，实现压力值的测量。

具体地，横向压力测量惠斯通电桥和纵向压力测量惠斯通电桥通过导线5与外部电路连接。

作为本发明的一种实施方式，同时参阅图1和图2，弹性元件1外周套设有用于保护弹性元件1的外壳2，且外壳2与弹性元件1之间具有间隙。外壳2与弹性元件1之间需要有间隙，这样，当弹性元件1发生形变时，不会因为外壳2的阻挡，影响弹性元件1形变的程度，从而在压力值检测时造成误差。

具体地，弹性元件1的侧面上设置有多个第一螺纹孔13，第一螺纹孔13通过螺钉3与外壳2进行配合固定，螺钉3上套设有“O”型垫圈4，且“O”型垫圈4用于将外壳2与弹性元件1分隔开，并位于外壳2与弹性元件1之间。通过采用螺钉3与第一螺纹孔13进行配合固定，这样，便于外壳2的安装固定。

其中，多个第一螺纹孔13设置在横梁12的侧面上，和/或多个第一螺纹孔13关于弹性元件1的中心轴对称布置。这样能够使得外壳2固定的更稳定，也使得外壳2对弹性元件1形变过程中的影响最小。

优选地，“O”型垫圈4采用橡胶材质制成。橡胶材质的“O”型垫圈4具有弹性，能够最大限度的降低对弹性元件1形变时的影响。

具体地，第二通槽121关于弹性元件1的中心轴对称；这样的布置方式能够保证压力平稳的传递。

作为本发明的一种实施方式，横梁12上表面设置有多个用于将传感器安装固定至指定位置的第二螺纹孔14。这样弹性元件1在形变过程中，横梁12上表面与指定位置通过螺栓连接，能够尽量降低对弹性元件1造成影响。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种新型应变式压力二维力传感器，其特征在于，包括弹性元件，所述弹性元件为“T”型梁结构，所述弹性元件包括纵向延伸的纵梁以及水平延伸的横梁，所述纵梁的侧面上具有横向延伸的第一通槽，所述横梁的侧面上具有纵向延伸的第二通槽；所述纵梁上粘贴有电阻应变计R1、电阻应变计R2、电阻应变计R3以及电阻应变计R4，所述电阻应变计R1、电阻应变计R2、电阻应变计R3以及电阻应变计R4构成了横向压力测量惠斯通电桥；所述横梁上粘贴有电阻应变计R5、电阻应变计R6、电阻应变计R7以及电阻应变计R8，所述电阻应变计R5、电阻应变计R6、电阻应变计R7以及电阻应变计R8构成了纵向压力测量惠斯通电桥。

2.根据权利要求1所述的新型应变式压力二维力传感器，其特征在于，所述纵梁的顶部与所述横梁的中部固定连接，形成所述“T”型梁结构。

3.根据权利要求1所述的新型应变式压力二维力传感器，其特征在于，所述电阻应变计R1的第一端耦接于电源正极，所述电阻应变计R4的第一端耦接于所述电阻应变计R1的第二端，所述电阻应变计R4的第二端耦接于电源负极，所述电阻应变计R2的第一端耦接于电阻应变计R1的第一端，所述电阻应变计R3的第一端耦接于所述电阻应变计R2的第二端，所述电阻应变计R3的第二端耦接于电源负极。

4.根据权利要求1所述的新型应变式压力二维力传感器，其特征在于，所述电阻应变计R5的第一端耦接于电源正极，所述电阻应变计R8的第一端耦接于所述电阻应变计R5的第二端，所述电阻应变计R8的第二端耦接于电源负极，所述电阻应变计R6的第一端耦接于电阻应变计R5的第一端，所述电阻应变计R7的第一端耦接于所述电阻应变计R6的第二端，所述电阻应变计R7的第二端耦接于电源负极。

5.根据权利要求1-4任意一项所述的新型应变式压力二维力传感器，其特征在于，所述弹性元件外周套设有用于保护所述弹性元件的外壳，且所述外壳与所述弹性元件之间具有间隙。

6.根据权利要求5所述的新型应变式压力二维力传感器，其特征在于，所述弹性元件的侧面上设置有多个第一螺纹孔，所述第一螺纹孔通过螺钉与所述外壳进行配合固定，所述螺钉上套设有“O”型垫圈，且所述“O”型垫圈用于将所述外壳与所述弹性元件分隔开，并位于所述外壳与所述弹性元件之间。

7.根据权利要求6所述的新型应变式压力二维力传感器，其特征在于，所述“O”型垫圈采用橡胶材质制成。

8.根据权利要求6所述的新型应变式压力二维力传感器，多个所述第一螺纹孔设置在所述横梁的侧面上，和/或多个所述第一螺纹孔关于所述弹性元件的中心轴对称布置。

9.根据权利要求1-4任意一项所述的新型应变式压力二维力传感器，其特征在于，所述第二通槽关于所述弹性元件的中心轴对称。

10.根据权利要求1-4任意一项所述的新型应变式压力二维力传感器，其特征在于，所述横梁上表面设置有多个用于将所述传感器安装固定至指定位置的第二螺纹孔。

Images