專利名稱：一種靜電容式測(cè)力傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及傳感器技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種測(cè)力傳感器。
背景技術(shù)：
在紡織設(shè)備中，采用電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)滾筒轉(zhuǎn)動(dòng)來(lái)卷繞絲，在卷繞的過(guò)程中，電機(jī)的轉(zhuǎn) 速穩(wěn)定性和設(shè)備的機(jī)械傳動(dòng)都對(duì)絲的拉力有影響，因此絲受到的拉力大小有變化。絲受到的拉伸力越穩(wěn)定，成品的質(zhì)量越穩(wěn)定。相反，如果拉伸力忽大忽小，則成品 不夠平整，質(zhì)量較差。例如在化纖絲和棉紡絲的處理過(guò)程中，絲的伸展度，柔軟度和加工絲 的設(shè)備的穩(wěn)定性有很大的關(guān)系。因此需要一個(gè)設(shè)備對(duì)絲上面受到的拉力的大小進(jìn)行檢測(cè)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種靜電容式測(cè)力傳感器，檢測(cè)絲織物拉力大小，本發(fā)明的 技術(shù)方案如下一種靜電容式測(cè)力傳感器，其特征在于，包含懸臂；聯(lián)接件，與該懸臂通過(guò)粘膠粘接；三角星型膜片，具有內(nèi)圈和外圈，該內(nèi)圈與該聯(lián)接件采用激光焊接的方式相連 接；基板，該外圈通過(guò)鉚釘與該基板固定聯(lián)接，該基板上設(shè)置第一電極、第二電極和電路。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是(1)與紡織物接觸的懸臂的材質(zhì)為陶瓷，其硬度足夠適合織物的高速摩擦、切削， 不致?lián)p壞。(2)適合很小的力的測(cè)量，適合紡織行業(yè)。


下面結(jié)合附圖，通過(guò)對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式
的詳細(xì)描述，將使本發(fā)明的技術(shù)方 案及其他有益效果顯而易見(jiàn)。圖1為本發(fā)明測(cè)力傳感器的剖面圖；圖2為本發(fā)明中測(cè)力電路的電路圖；圖3為測(cè)力電路輸入時(shí)鐘信號(hào)的波形圖；圖4為本發(fā)明中電容充電時(shí)實(shí)際電壓的波形圖；圖5為本發(fā)明中電容放電時(shí)實(shí)際電壓的波形圖；圖6為本發(fā)明中信號(hào)XI、信號(hào)X2的時(shí)鐘信號(hào)示意圖；圖7為本發(fā)明中TO的時(shí)鐘信號(hào)波形3
圖8為載荷F與電壓U之間的關(guān)系圖；圖9為本發(fā)明三角星型膜片的一個(gè)實(shí)施例；圖10為本發(fā)明三角星型膜片的另一個(gè)實(shí)施例。
具體實(shí)施例方式為了更進(jìn)一步了解本發(fā)明的特征，請(qǐng)參閱以下有關(guān)本發(fā)明的詳細(xì)說(shuō)明與附圖，然 而所附圖式僅提供參考與說(shuō)明之用，并非用來(lái)對(duì)本發(fā)明的保護(hù)范圍加以限制。圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。本發(fā)明由懸臂101、聯(lián)接件102、三角星型膜片103、 基板104組成。三角星型膜片103具有內(nèi)圈107和外圈108。內(nèi)圈107和外圈108之間設(shè)置孔 109，以使得當(dāng)內(nèi)圈107受到力的作用時(shí)，容易產(chǎn)生彈性相對(duì)變形。(詳細(xì)技術(shù)內(nèi)容請(qǐng)見(jiàn)圖9 與圖10)懸臂101通過(guò)聯(lián)接件102與三角星型膜片103的內(nèi)圈107粘接式剛性聯(lián)接，具體 方法是聯(lián)接件102與懸臂101之間采用粘膠粘接，聯(lián)接件102和內(nèi)圈107之間采用激光焊接。懸臂101的材質(zhì)為陶瓷，聯(lián)接件102為鋼，三角星型膜片103為彈性較好的高強(qiáng)度 鋼。陶瓷硬度高，可以經(jīng)受紡織物高速的切削。彈性較好的高強(qiáng)度鋼能夠保證三角星型膜 片103內(nèi)圈107的變形。外圈108通過(guò)鉚釘與基板104固定聯(lián)接，使三角星型膜片103固定在基板104上。基板104上設(shè)置電極105、電極106和電路。電極105與內(nèi)圈107形成電容Cl，電 極106與內(nèi)圈107形成電容C2。當(dāng)在懸臂101作用有外力載荷F時(shí)，通過(guò)聯(lián)接件102將力載荷傳遞于三角星型膜 片103，引起內(nèi)圈107變形，從而使得電容Cl和C2的值發(fā)生變化。Cl和C2互為呈相反變化的聯(lián)調(diào)電容，即Cl充電時(shí)，C2放電；Cl放電時(shí)，C2充電。圖2為測(cè)力電路的電路圖的實(shí)施例，它設(shè)置在基板104上。電路包含由第一電阻 Rl與第一電容Cl串聯(lián)組成的第一延時(shí)電路，Cl接地；由第二電阻R2與第二電容C2串聯(lián)組 成的第二延時(shí)電路，C2接地；第一延時(shí)電路與第二延時(shí)電路并聯(lián)。異或邏輯元件201，第一 延時(shí)電路的輸出端與第二延時(shí)電路的輸出端接入異或邏輯元件201的輸入端。Ti為輸入時(shí)鐘信號(hào)，Xl為經(jīng)過(guò)第一延時(shí)電路RlCl后得到的信號(hào)，X2為經(jīng)過(guò)第二 延時(shí)電路R2C2后得到的信號(hào)，TO為信號(hào)Xl和X2通過(guò)異或邏輯元件201后得到的信號(hào)。輸入一個(gè)時(shí)鐘信號(hào)Ti，其波形圖如圖3所示。
t當(dāng)Cl或C2充電時(shí)，實(shí)際電壓；^=—波形如圖4所示。其中，
，
τ為時(shí)間常數(shù)，X τ =RC。因此，τ不同，充電的快慢不同。U (⑴)為充電電壓。
t當(dāng)C1，C2放電時(shí)，實(shí)際電壓;=波形如圖5示。其中，τ為時(shí)
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間常數(shù)，τ =RC。因此，τ不同，放電的快慢也不同。U。(0+)為放電開(kāi)始時(shí)電壓。輸入時(shí)鐘信號(hào)Ti經(jīng)RlCl電路后，得到信號(hào)Xl ；經(jīng)R2C2電路后，得到信號(hào)X2。信號(hào)XI、信號(hào)X2的時(shí)鐘信號(hào)示意圖如圖6所示。由于RlCl的值與R2C2不相等，XI，X2兩路信號(hào)到達(dá)高低電平臨界點(diǎn)的時(shí)刻也不同。即，信號(hào)Xl和X2為不同步信號(hào)。電平邏輯上的不同步信號(hào)Xl和X2通過(guò)異或邏輯元件201，得到不同占空比的方波 信號(hào)T0，如圖7所示。載荷F和高電平的占空比成比例關(guān)系。S卩，傳感器懸臂201的載荷F越大，在輸出 信號(hào)中高電平的占空比越大。采用通用的D/A轉(zhuǎn)換電路將方波信號(hào)TO轉(zhuǎn)換為模擬量U。理論分析結(jié)合試驗(yàn)研究表明，當(dāng)載荷F較小時(shí)，載荷F和模擬量U之間近似呈線形 關(guān)系。理論依據(jù)方面分析如下1.平行板電容器的電容C= ε S/4JI kd(S 兩極板正對(duì)面積，d 兩極板間的垂直 距離，ω 介電常數(shù))，可以得知電容C與兩極板間的距離d成反比。2.懸臂101通過(guò)聯(lián)接件102與三角星型膜片103的內(nèi)圈107剛性聯(lián)結(jié)；三角星型 膜片103的外圈108與基板104剛性聯(lián)結(jié)；這樣就可以近似認(rèn)為懸臂101上的力F導(dǎo)致三 角星型膜片103的內(nèi)圈107和外圈108之間相對(duì)變形為線形變化。線形變化導(dǎo)致電極105、 106的極板間的距離d相對(duì)于力F進(jìn)行線性變化。3. RC充放電函數(shù)反映的實(shí)際上是電壓Uc和電容C之間的關(guān)系，結(jié)合上述原因1和 2可知，電容C與兩極板間的距離d成反比的關(guān)系，而d和力F為線性關(guān)系。所以將充放電 函數(shù)轉(zhuǎn)換為電壓Uc和力F之間的關(guān)系，即充電Uc(t) = U (⑴)(l-e-kFt)放電Uc(t) = Uc(O+) e_kFt*注k為一常量。根據(jù)泰勒公式對(duì)上述2式進(jìn)行展開(kāi)，得到
權(quán)利要求
1.一種靜電容式測(cè)力傳感器，其特征在于，包含懸臂；聯(lián)接件，與該懸臂通過(guò)粘膠粘接；三角星型膜片，具有內(nèi)圈和外圈，該內(nèi)圈與該聯(lián)接件采用激光焊接的方式相連接； 基板，該外圈通過(guò)鉚釘與該基板固定聯(lián)接，該基板上與該三角星型膜片相接觸的一個(gè) 面上設(shè)置第一電極和第二電極，另一個(gè)面上設(shè)置電路。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的靜電容式測(cè)力傳感器，其特征在于，該電路包含 第一延時(shí)電路，由第一電阻與第一電容串聯(lián)組成，該第一電容接地；第二延時(shí)電路，由第二電阻與第二電容串聯(lián)組成，該第二電容接地，該第一延時(shí)電路與該第二延時(shí)電路并聯(lián)；異或邏輯元件，該第一延時(shí)電路的輸出端與第二延時(shí)電路的輸出端接入該異或邏輯元 件的輸入端。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的靜電容式測(cè)力傳感器，其特征在于，該內(nèi)圈和該外圈之間設(shè)置孔。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的靜電容式測(cè)力傳感器，其特征在于，該孔為2條弧形孔。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的靜電容式測(cè)力傳感器，其特征在于，該孔為3條弧形孔。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的靜電容式測(cè)力傳感器，其特征在于，該懸臂的材質(zhì)為陶瓷。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的靜電容式測(cè)力傳感器，其特征在于，該聯(lián)接件的材質(zhì)為鋼。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的靜電容式測(cè)力傳感器，其特征在于，該三角星型膜片的材質(zhì) 為高強(qiáng)度鋼。
9.根據(jù)權(quán)利要求2所述的靜電容式測(cè)力傳感器，其特征在于，該懸臂的材質(zhì)為陶瓷。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的靜電容式測(cè)力傳感器，其特征在于，該三角星型膜片的材質(zhì) 為高強(qiáng)度鋼。
全文摘要
本發(fā)明揭示了一種靜電容式測(cè)力傳感器，包含懸臂；聯(lián)接件，與懸臂通過(guò)粘膠粘接；三角星型膜片，具有內(nèi)圈和外圈，內(nèi)圈與聯(lián)接件采用激光焊接的方式相連接；基板，外圈通過(guò)鉚釘與基板固定聯(lián)接，基板上與三角星型膜片相接觸的一個(gè)面上設(shè)置第一電極和第二電極，另一個(gè)面上設(shè)置電路。
文檔編號(hào)G01L5/10GK102140758SQ20101010378
公開(kāi)日2011年8月3日 申請(qǐng)日期2010年2月1日 優(yōu)先權(quán)日2010年2月1日
發(fā)明者劉東方, 李海鷹 申請(qǐng)人:劉東方, 李海鷹