CN116818153B - 一种集成式多轴电容压力传感器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种集成式多轴电容压力传感器，包括安装座，安装座上沿第一方向开设有第一活动槽，第一活动槽的槽侧壁沿第二方向开设有第二活动槽；第一活动槽的槽底壁上承载有极片安装座，极片安装座上安装有第一极片与第二极片，第一极片安装于极片安装座上，第二极片套设于第一活动槽的槽口边沿内；第一极片与第二极片之间设置有弹性部，弹性部的一端与第一极片的边缘固定连接，另一端与第二极片的边缘固定连接；第二活动槽中设置有延伸杆；第二活动槽的槽壁开设有避让孔，延伸杆的一端沿第二方向与极片安装座连接，延伸杆的另一端穿过避让孔设置于安装座外侧。通过上述设置，使本方案避免多组电容相互干扰的问题，具备结构紧凑的优点。

Description

一种集成式多轴电容压力传感器

技术领域

本发明涉及电容式传感器结构技术领域，尤其涉及一种集成式多轴电容压力传感器。

背景技术

电容式传感器作为压力传感器的一个类别，具备测量压力的功能；不同于电阻式压力传感器、压电式压力传感器等其他传感器，电容式传感器具备结构小巧、灵敏度高等优点。当前的电容式传感器，主要通过两个电极形成电容，当受到压力时，其中一个电极相对于另一个电极位移，改变两个电极之间的间距，从而改变电容的电容量，进而可以通过电容量的变化测得压力的大小。

由于电容式传感器受限于极片相对设置的形式，一般为单轴测量，即仅能测量单一方向的压力；但是在实际的检测环境中，还会要求电容式传感器可以依次检测不同方向的压力，即要求电容式传感器具备多轴测量的能力；如果，需要令电容式传感器进行多轴测量，则至少需要对应每个轴设置独立的一组电容，考虑到多组电容之间容易相互产生交叉干扰的问题，上述的多组电容通常会预留一定的间距，因此具备多轴测量功能的电容式传感器冗余空间较多，结构紧凑性低。

可见，为了满足依次检测不同方向压力的要求，常规的电容式传感器难以进一步提高结构的紧凑性，即当前的多轴电容式传感器存在结构空间不紧凑的技术问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种集成式多轴电容压力传感器，解决当前的多轴电容式传感器存在结构空间不紧凑的问题。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种集成式多轴电容压力传感器，包括安装座，安装座上沿第一方向开设有第一活动槽，第一活动槽的槽侧壁沿第二方向朝外开设有第二活动槽，第二方向与第一方向垂直；

第一活动槽的槽底壁上承载有极片安装座，极片安装座上安装有相对设置且相互平行的第一极片与第二极片，第一极片安装于极片安装座上，第二极片套设于第一活动槽的槽口边沿内；

第一极片与第二极片之间设置有弹性部，弹性部沿第一方向开设有连接孔，连接孔的一端孔边沿与第一极片的边缘固定连接，连接孔的另一端孔边沿与第二极片的边缘固定连接；

第二活动槽中设置有沿第二方向延伸设置的延伸杆；第二活动槽的槽壁对应延伸杆的位置开设有避让孔，延伸杆的一端沿第二方向与极片安装座连接，延伸杆的另一端穿过避让孔设置于安装座外侧。

可选地，第二极片与第一活动槽的槽口边沿之间设置有滑套；

滑套套设于第一活动槽的槽口边沿内，且能沿第一方向相对于第一活动槽滑动；滑套开设有第一安装槽，第二极片套设于第一安装槽内。

可选地，滑套的材质为玻璃纤维或陶瓷。

可选地，还包括外壳部，外壳部套设于安装座的外侧；

外壳部朝向安装座的一端开设有第二安装槽，第二安装槽套设于安装座的外侧，且第二安装槽的槽侧壁与延伸杆的另一端抵接；第二安装槽的槽底壁开设有第三安装槽；滑套嵌设于第三安装槽内。

可选地，延伸杆位于安装座外侧的另一端向外凸设有定位部，定位部与安装座之间设置有压簧；压簧套设于延伸杆上，压簧的一端与定位部抵接，压簧的另一端与安装座抵接。

可选地，外壳部对应定位部的位置开设有沿第一方向延伸的滑动槽，定位部外套设有导向套，导向套套设于滑动槽中，并沿第一方向与滑动槽滑动连接。

可选地，第二活动槽的槽壁对应避让孔的位置凸设有呈环状的导向部，延伸杆穿过导向部。

可选地，延伸杆的数量为多个，且各延伸杆环绕极片安装座设置，且分别沿远离极片安装座的方向向外延伸设置。

可选地，第二方向包括第三方向与第四方向，第三方向与第四方向相互垂直设置；延伸杆的数量为四个，且环绕极片安装座等间距设置，其中两个延伸杆沿第三方向延伸设置，另外两个延伸杆沿第四方向延伸设置。

可选地，第一活动槽的槽底开设有第三活动槽；第三活动槽的槽底上安装有至少四个第三极片，第三极片与第一极片相对设置，第三极片沿第一极片的边沿间隔设置；

其中，各延伸杆向内延伸的一侧至少设置有一第三极片。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明提供的集成式多轴电容压力传感器，其至少可测量第一方向及第二方向的压力，具备多轴测量的功能，能够满足依次检测不同方向压力的要求；具体地，检测第一方向的压力时，测试对象沿第一方向作用于第二极片，而第一极片承载于第一活动槽的槽底壁上，使得弹性部受压被压缩，使得第二极片向第一活动槽内移动，由此使得电容发生变化，进而测得第一方向的压力；检测第二方向的压力时，测试对象沿第二方向作用于延伸杆，令第一极片沿第二方向被推动，而第二极片套设于第一活动槽的槽口边沿内，因此使得弹性部受压相对于第一方向倾斜，使得第一极片相对于第二极片错位设置，此时极片的相对面积发生变化，进而测到第二方向的压力；综上，本集成式多轴电容压力传感器满足依次检测不同方向压力的要求，具备多轴测试的功能，且仅投入一组极片，避免了多组电容之间容易相互交叉干扰的问题，不需要预留较多的冗余空间，使得集成式多轴电容压力传感器的结构更加紧凑。因此，本集成式多轴电容压力传感器结构空间紧凑的优点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例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简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

本说明书附图所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。

图1为本实施例提供的集成式多轴电容压力传感器的整体结构示意图；

图2为本实施例提供的集成式多轴电容压力传感器的***结构示意图；

图3为本实施例提供的集成式多轴电容压力传感器的俯视结构示意图；

图4为图3沿C-C处的剖面结构示意图；

图5为图4于A处的局部放大结构示意图；

图6为图4于B处的局部放大结构示意图；

图7为第一极片与第三极片之间的第一状态结构示意图；

图8为第一极片与第三极片之间的第二状态结构示意图。

图示说明：10、安装座；11、第一连接座；12、第二连接座；13、第三连接座；101、第一活动槽；102、第二活动槽；103、避让孔；104、第三活动槽；105、导向部；

20、极片安装座；31、第一极片；32、第二极片；33、弹性部；34、第三极片；40、延伸杆；41、定位部；42、压簧；50、滑套；51、第一安装槽；

60、外壳部；61、第二安装槽；62、第三安装槽；63、滑动槽。

具体实施方式

为使得本发明的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“顶”、“底”、“内”、“外”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，因此不能理解为对本发明的限制。需要说明的是，当一个组件被认为是“连接”另一个组件，它可以是直接连接到另一个组件或者可能同时存在居中设置的组件。

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

请参考图1至图8，图1为本实施例提供的集成式多轴电容压力传感器的整体结构示意图，图2为本实施例提供的集成式多轴电容压力传感器的***结构示意图，图3为本实施例提供的集成式多轴电容压力传感器的俯视结构示意图，图4为图3沿C-C处的剖面结构示意图，图5为图4于A处的局部放大结构示意图，图6为图4于B处的局部放大结构示意图，图7为第一极片与第三极片之间的第一状态结构示意图，图8为第一极片与第三极片之间的第二状态结构示意图。

本发明实施例提供了一种集成式多轴电容压力传感器，该集成式多轴电容压力传感器应用于压力测量的场景，其可适用于依次检测不同方向压力的场景，例如适用于模拟摇杆受压时检测其压力的场景，本实施例中通过对集成式多轴电容压力传感器的结构进行改进，使其结构更加紧凑。

如图1至图4所示，本实施例提供的集成式多轴电容压力传感器包括安装座10，安装座10上沿第一方向开设有第一活动槽101，第一活动槽101的槽侧壁沿第二方向朝外开设有第二活动槽102，第二方向与第一方向垂直，第二方向位于垂直于第一方向的平面上，具体的数量及角度不作限定；第一活动槽101的槽底壁上承载有极片安装座20，即极片安装座20能于第一活动槽101的槽底壁上活动，为了减少第一活动槽101与极片安装座20之间的摩擦力，对第一活动槽101的槽底壁进行开孔或开槽，使得第一活动槽101的槽底壁与极片安装座20之间的摩擦力减少。

极片安装座20上安装有相对设置且相互平行的第一极片31与第二极片32，第一极片31安装于极片安装座20上，第二极片32套设于第一活动槽101的槽口边沿内，可以理解的是，第二活动槽102开设于第一活动槽101的槽侧壁，此时第一活动槽101及第二活动槽102的整体轮廓呈“凸”型，第二极片32则位于该第一活动槽101的槽口中；第一极片31与第二极片32之间设置有弹性部33，弹性部33沿第一方向开设有连接孔，连接孔的一端孔边沿与第一极片31的边缘固定连接，连接孔的另一端孔边沿与第二极片32的边缘固定连接；第二活动槽102中设置有沿第二方向延伸设置的延伸杆40；第二活动槽102的槽壁对应延伸杆40的位置开设有避让孔103，延伸杆40的一端沿第二方向与极片安装座20连接，具体可采用胶接、焊接等形式实现延伸杆40与极片安装座20的固定，延伸杆40的另一端穿过避让孔103设置于安装座10外侧。

具体地，本实施例中的集成式多轴电容压力传感器，其至少可测量第一方向及第二方向的压力，具备多轴测量的功能，能够满足依次检测不同方向压力的要求；示例性的，检测第一方向的压力时，测试对象沿第一方向作用于第二极片32，而第一极片31通过极片安装座20承载于第一活动槽101的槽底壁上，使得弹性部33受压被压缩，使得第二极片32向第一活动槽101的槽底壁移动，由此使得电容发生变化，进而测得第一方向的压力；检测第二方向的压力时，测试对象沿第二方向作用于延伸杆40，令第一极片31沿第二方向被推动，而第二极片32套设于第一活动槽101的槽口边沿内，因此使得弹性部33受压相对于第一方向倾斜，使得第一极片31相对于第二极片32错位设置，此时极片的相对面积发生变化，进而测到第二方向的压力；综上，本集成式多轴电容压力传感器满足依次检测不同方向压力的要求，具备多轴测试的功能，且仅投入一组极片，避免了多组电容之间容易相互交叉干扰的问题，不需要预留较多的冗余空间，使得集成式多轴电容压力传感器的结构更加紧凑。因此，本集成式多轴电容压力传感器结构空间紧凑的优点。

在本实施例中，弹性部33包括由热塑性聚氨酯弹性体(TPU)、聚苯乙烯(EPS)、聚乙烯醇(PVA)等材料形成支撑部，该支撑部为中空状，即成包围结构，起到连接第一极片31与第二极片32的作用，且支撑部的边沿与极片的边沿相对应连接，满足受压后沿第一方向压缩或者受压后相对于第一方向倾斜的要求；该支撑部的下侧通过下柔性膜与第一极片31连接，支撑部的上侧通过上柔性膜与第二极片32连接，上述柔性膜可以为聚酯薄膜（PET）或聚酰亚胺薄膜（PI）。另外地，弹性部33、第一极片31及第二极片32之间可形成密封腔体，密封腔体中填充有电容介质，该电容介质可为液体或气体，具体不作限制。

进一步地，如图4与图5所示，第二极片32与第一活动槽101的槽口边沿之间设置有滑套50；滑套50套设于第一活动槽101的槽口边沿内，且能沿第一方向相对于第一活动槽101滑动；滑套50开设有第一安装槽51，第二极片32套设于第一安装槽51内。可以理解的是，在第二极片32外套设滑套50，能够避免第二极片32直接与安装座10之间产生滑动摩擦，起到保护第二极片32的作用，同时不影响第二极片32沿第一方向活动。本实施例中，滑套50的材质为玻璃纤维或陶瓷，此时滑套50具备绝缘特性和隔绝电磁信号的特性，滑套50一方面能够保证第二极片32出现因误接触其他零件而短路的情况，另一方面，滑套50能够隔绝杂波，保证压力测量的精度与稳定性。

进一步地，如图4至图5所示，本实施例中的集成式多轴电容压力传感器还包括外壳部60，外壳部60套设于安装座10的外侧；外壳部60朝向安装座10的一端开设有第二安装槽61，第二安装槽61套设于安装座10的外侧，且第二安装槽61的槽侧壁与延伸杆40的另一端抵接；第二安装槽61的槽底壁开设有第三安装槽62；滑套50嵌设于第三安装槽62内。其中，外壳部60作为连接集成式多轴电容压力传感器连接测试对象的部件，外壳部60能够将测试对象沿第一方向所受到的力通过第三安装槽62沿第一方向作用于第二极片32，也能够将测试对象沿第二方向所受的力通过第二安装槽61及延伸杆40沿第二方向作用于第一极片31，使得集成式多轴电容压力传感器的整体性更高，使得集成式多轴电容压力传感器的结构更加紧凑。

在本实施例中，如图4至图6所示，延伸杆40位于安装座10外侧的另一端向外凸设有定位部41，定位部41与安装座10之间设置有压簧42；压簧42套设于延伸杆40上，压簧42的一端与定位部41抵接，压簧42的另一端与安装座10抵接。可以理解的，通过压簧42的设置，使得外力从集成式多轴电容压力传感器撤去后，令延伸杆40、极片安装座20及第一极片31复位，以准备下一次测试。

作为一个可选的实施方式，如图4和图6所示，外壳部60对应定位部41的位置开设有沿第一方向延伸的滑动槽63，定位部41外套设有导向套（图未示），导向套套设于滑动槽63中，并沿第一方向与滑动槽63滑动连接。可以理解的是，通过导向套及滑动槽63的设置，使得外壳部60在安装过程中，能够更加方便地套设于安装座10及延伸杆40的外侧，使得集成式多轴电容压力传感器的组装更加简单。

作为一个可选的实施方式，如图4和图6所示，第二活动槽102的槽壁对应避让孔103的位置凸设有呈环状的导向部105，延伸杆40穿过导向部105。通过导向部105的设置，能够进一步防止延伸杆40偏位，使得延伸杆40沿第二方向的移动更加稳定。

在本实施例中，延伸杆40的数量为多个，且各延伸杆40环绕极片安装座20设置，且分别沿远离极片安装座20的方向向外延伸设置。具体地，本实施例中的延伸杆40的数量为四个，相邻的两个延伸杆40之间的角度为90°，即集成式多轴电容压力传感器至少能够检测上下左右四个方向的推力，满足摇杆模拟检测的要求；可以理解的是，延伸杆40的数量还可以为八个，相邻的两个延伸杆40之间的角度为45°，即集成式多轴电容压力传感器能够检测上、下、左、右、左上、左下、右下及右上合计共八个方向的推力。

在上述延伸杆40的数量为四个的实施例基础上，如图7所示，具体地，第二方向包括第三方向与第四方向，第三方向与第四方向相互垂直设置；延伸杆40的数量为四个，且环绕极片安装座20等间距设置，其中两个延伸杆40沿第三方向延伸设置，另外两个延伸杆40沿第四方向延伸设置。

进一步地，如图2、图4、图7及图8所示，第一活动槽101的槽底开设有第三活动槽104；第三活动槽104的槽底上安装有至少四个第三极片34，第三极片34与第一极片31相对设置，第三极片34沿第一极片31的边沿间隔设置；其中，各延伸杆40向内延伸的一侧至少设置有一第三极片34。示例性的，如图7和图8所示，第三极片34的数量可以为四个，此时第三极片34的数量与延伸杆40的数量相匹配，当第一极片31沿向右的方向被推动时，仅有右侧的第三极片34与第一极片31的相对面积保持不变，其余的第三极片34与第一极片31的相对面积均减少，接着通过依次检测各第三极片34与第一极片31之间的电容值，通过判断哪一个第三极片34与第一极片31组成的平板电容的电容值不变，以判断测试对象的最终移动方向，进而判断测试对象是否如预设的情况一样移动，满足测试对象的测试需求。在其他可选的实施方式中，例如第三极片34的数量为八个时，仍然可以通过判断各第三极片34对应的电容变化，以判别测试对象的移动方向是否合格。

需要说明的是，本实施例中第一极片31、第二极片32及第三极片34均接入同一电路中，该电路的作用是检测形成的电容的电容值，便于判断测试对象所受到的压力；其中，仅有第一极片31是持续地接入电路，第二极片32及第三极片34通过复合的选择电路开关择一接入电路，与第一极片31构成平板电容；其中，上述的选择电路可以通过在第二极片32及各第三极片34分别串联一断路开关实现第二极片32及多个第三极片34的择一接入电路，满足集成式多轴电容压力传感器依次检测各方向作用力的检测需求。

在本实施例中，如图2所示，安装座10由第一连接座11、第二连接座12及第三连接座13组成，第一连接座11、第二连接座12及第三连接座13由下至上依次设置，且第一连接座11、第二连接座12及第三连接座13之间通过螺丝固定连接，同时第一连接座11、第二连接座12及第三连接座13均呈环状，第一连接座11上开设有第三活动槽104，即第三极片34安装于第一连接座11上；第二连接座12上形成有第二活动槽102，即第一极片31、第二极片32、弹性部33、极片安装座20、延伸杆40等结构可以预组装于第二连接座12上；在第二连接座12与第一连接座11组装后，可以将开设有贯穿孔（即第一活动槽101的槽口部）的第三连接座13连接于第二连接座12上，贯穿孔的孔径小于第二活动槽102的槽口，因此组成呈“凸”型的空间，至此，完成安装座10的组装，具备安装简单、方便的优点。

综上所述，本实施例提供的集成式多轴电容压力传感器具备多方向压力检测的能力，具备结构紧凑、抗扰能力强、稳定性高等优点。

以上所述，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，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发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种集成式多轴电容压力传感器，其特征在于，包括安装座（10），所述安装座（10）上沿第一方向开设有第一活动槽（101），所述第一活动槽（101）的槽侧壁沿第二方向朝外开设有第二活动槽（102），所述第二方向与所述第一方向垂直；

所述第一活动槽（101）的槽底壁上承载有极片安装座（20），所述极片安装座（20）上安装有相对设置且相互平行的第一极片（31）与第二极片（32），所述第一极片（31）安装于所述极片安装座（20）上，所述第二极片（32）套设于所述第一活动槽（101）的槽口边沿内；

所述第一极片（31）与所述第二极片（32）之间设置有弹性部（33），所述弹性部（33）沿所述第一方向开设有连接孔，所述连接孔的一端孔边沿与所述第一极片（31）的边缘固定连接，所述连接孔的另一端孔边沿与所述第二极片（32）的边缘固定连接；

所述第二活动槽（102）中设置有沿所述第二方向延伸设置的延伸杆（40）；所述第二活动槽（102）的槽壁对应所述延伸杆（40）的位置开设有避让孔（103），所述延伸杆（40）的一端沿所述第二方向与所述极片安装座（20）连接，所述延伸杆（40）的另一端穿过所述避让孔（103）设置于所述安装座（10）外侧。

2.根据权利要求1所述的一种集成式多轴电容压力传感器，其特征在于，所述第二极片（32）与所述第一活动槽（101）的槽口边沿之间设置有滑套（50）；

所述滑套（50）套设于所述第一活动槽（101）的槽口边沿内，且能沿所述第一方向相对于所述第一活动槽（101）滑动；所述滑套（50）开设有第一安装槽（51），所述第二极片（32）套设于所述第一安装槽（51）内。

3.根据权利要求2所述的一种集成式多轴电容压力传感器，其特征在于，所述滑套（50）的材质为玻璃纤维或陶瓷。

4.根据权利要求2所述的一种集成式多轴电容压力传感器，其特征在于，还包括外壳部（60），所述外壳部（60）套设于所述安装座（10）的外侧；

所述外壳部（60）朝向所述安装座（10）的一端开设有第二安装槽（61），所述第二安装槽（61）套设于所述安装座（10）的外侧，且所述第二安装槽（61）的槽侧壁与所述延伸杆（40）的另一端抵接；所述第二安装槽（61）的槽底壁开设有第三安装槽（62）；所述滑套（50）嵌设于所述第三安装槽（62）内。

5.根据权利要求4所述的一种集成式多轴电容压力传感器，其特征在于，所述延伸杆（40）位于所述安装座（10）外侧的另一端向外凸设有定位部（41），所述定位部（41）与所述安装座（10）之间设置有压簧（42）；所述压簧（42）套设于所述延伸杆（40）上，所述压簧（42）的一端与所述定位部（41）抵接，所述压簧（42）的另一端与所述安装座（10）抵接。

6.根据权利要求5所述的一种集成式多轴电容压力传感器，其特征在于，所述外壳部（60）对应所述定位部（41）的位置开设有沿所述第一方向延伸的滑动槽（63），所述定位部（41）外套设有导向套，所述导向套套设于所述滑动槽（63）中，并沿所述第一方向与所述滑动槽（63）滑动连接。

7.根据权利要求5所述的一种集成式多轴电容压力传感器，其特征在于，所述第二活动槽（102）的槽壁对应所述避让孔（103）的位置凸设有呈环状的导向部（105），所述延伸杆（40）穿过所述导向部（105）。

8.根据权利要求4所述的一种集成式多轴电容压力传感器，其特征在于，所述延伸杆（40）的数量为多个，且各所述延伸杆（40）环绕所述极片安装座（20）设置，且分别沿远离所述极片安装座（20）的方向向外延伸设置。

9.根据权利要求8所述的一种集成式多轴电容压力传感器，其特征在于，所述第二方向包括第三方向与第四方向，所述第三方向与所述第四方向相互垂直设置；所述延伸杆（40）的数量为四个，且环绕所述极片安装座（20）等间距设置，其中两个所述延伸杆（40）沿所述第三方向延伸设置，另外两个所述延伸杆（40）沿所述第四方向延伸设置。

10.根据权利要求9所述的一种集成式多轴电容压力传感器，其特征在于，所述第一活动槽（101）的槽底开设有第三活动槽（104）；所述第三活动槽（104）的槽底上安装有至少四个第三极片（34），所述第三极片（34）与所述第一极片（31）相对设置，所述第三极片（34）沿所述第一极片（31）的边沿间隔设置；

其中，各所述延伸杆（40）向内延伸的一侧至少设置有一所述第三极片（34）。