[發明專利]微彈簧結構精密傳感器

有效

• 申請號: 201310326093.2
• 申請日: 2013-07-30
• 公開（公告）號: CN103411654A
• 公開（公告）日: 2013-11-27
• 發明（設計）人: 李桂新
• 申請（專利權）人: 李桂新
• 主分類號: G01G3/04
• 分類號: G01G3/04
• 代理公司: 北京聯瑞聯豐知識產權代理事務所(普通合伙) 11411
• 代理人: 鄭自群

技術領域

本發明涉及傳感器領域，特別是指一種微彈簧結構精密傳感器。

背景技術

目前國際上通用的稱重傳感器絕大部分是電阻式結構，是采用電阻應變片進行測量。應變片結構在低量程精密測量上存在無法克服的缺陷：應變片需要變形空間，無法縮小體積；同時應變片的溫度漂移是無法克服的，并影響測量精度，特別是超精密測量更是無法達到更高等級的精度。

本發明采用電容式結構：該結構感應部分是通過MEMS（Micro-Electro-Mechanical?Systems，微機電系統）技術制造出來的微彈簧電容結構，通過電容的改變來實現被測物體重量信號的傳遞。

發明內容

本發明提出一種微彈簧結構精密傳感器，解決了現有技術中電阻應變片式傳感器的體積大和精度低的問題。

本發明的技術方案是這樣實現的：

一種微彈簧結構精密傳感器，包括：螺帽、基座、MEMS電容傳感器、微感應頭和引線；所述螺帽是由圓柱形側壁和頂蓋構成的下端開口部件，頂蓋中間設有通孔；所述基座固定于螺帽下端開口處，基座上設有引線孔；所述MEMS電容傳感器位于基座上；所述微感應頭位于MEMS電容傳感器上方，穿過頂蓋的通孔伸出螺帽外，且微感應頭與頂蓋的通孔無接觸，以避免產生干擾；所述引線一端連接MEMS電容傳感器，另一端由引線孔引出基座外部。

優選所述螺帽和基座分別設有螺紋，通過螺紋相固定連接。

所述MEMS電容傳感器由下至上依次包括：下極板、絕緣介質、微彈簧和上極板；所述上極板由微彈簧固定在絕緣介質上；所述引線分別連接在上極板和下極板上。

優選所述微彈簧不少于三個，各微彈簧的一端沿上極板外沿均勻分布。這里采用的MEMS電容傳感器上、下極板為圓形，當微彈簧為三個時，各微彈簧在相鄰夾角為120°的半徑方向上；當微彈簧為四個時，各微彈簧在相鄰夾角為90°的半徑方向上。這種分布使各微彈簧均勻受力。

優選所述MEMS電容傳感器是由硅基材料制成。

工作原理：當微感應頭受力后，發生向下的微米級的位移后，驅動內部MEMS電容的上極板和微彈簧，微彈簧受力后壓縮，因此MEMS電容的上、下極板的相對位置發生改變，從而電容值發生微小變化，電容值的變化信號通過封裝的引線傳遞給外邊的連接導線和測量儀器，最終實現了力值到電容值的轉化，并獲得被測物體的重量。

本發明的有益效果為：該結構感應部分是通過MEMS技術制造出來的具有微彈簧結構的MEMS電容傳感器，通過電容的改變來達到被測物體重量信號的傳遞。微機械系統有效地改變了設計尺寸，使傳感器的尺寸變得更小、更精密。電容值的改變是通過特種機械封裝結構來實現的，通過螺旋結構來改變感應頭的高度，從而實現精確的定位。

附圖說明

為了更清楚地說明本發明實施例的技術方案，下面將對實施例中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一個實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據該附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發明一種微彈簧結構精密傳感器的結構示意圖；

圖中：

1、微感應頭；2、上極板；3、下極板；4、絕緣介質；5、微彈簧；6、螺帽；7、基座；8、引線；9、引線孔。

具體實施方式

下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明保護的范圍。

如圖1所示，本實施例中微彈簧結構精密傳感器，包括螺帽、基座、MEMS電容傳感器、微感應頭和引線；其中的螺帽是由圓柱形側壁和頂蓋構成的下端開口部件，頂蓋中間設有通孔；螺帽和基座分別設有螺紋，基座通過螺紋固定于螺帽下端開口處，基座上設有引線孔。

MEMS電容傳感器位于基座上；該MEMS電容傳感器由硅基材料制成，由下至上依次包括：下極板、絕緣介質、微彈簧和上極板；上極板由微彈簧固定在絕緣介質上，微彈簧有三個，沿上極板圓形外沿等距離均勻分布；兩根引線分別連接在上極板和下極板上，引線另一端由引線孔引出基座外部。

微感應頭位于MEMS電容傳感器的上極板上，穿過螺帽上端的通孔伸出螺帽外，且微感應頭與螺帽上端的通孔無接觸，以避免產生干擾。