一種電感式應(yīng)力傳感器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及應(yīng)力檢測領(lǐng)域，尤其是涉及一種電感式應(yīng)力傳感器。
【背景技術(shù)】
[0002]應(yīng)力傳感器是工業(yè)中常用的傳感器之一，具有重要的工業(yè)應(yīng)用價值，已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于水利水電、鐵路交通、智能建筑、生產(chǎn)自控、航空航天、軍工、機床等眾多行業(yè)。
[0003]隨著柔性電子學(xué)及可穿戴設(shè)備的發(fā)展，應(yīng)力傳感器越來越受到人們的關(guān)注。傳統(tǒng)的應(yīng)力傳感器以機械結(jié)構(gòu)型器件為主，利用彈性元件的彈性形變或液柱壓力差反饋施加的壓力，其缺點是尺寸大、體積重且不能提供電量輸出，不利于系統(tǒng)集成。隨著科技的發(fā)展，新材料和新的物理效應(yīng)不斷應(yīng)用到應(yīng)力傳感器中，使應(yīng)力傳感器取得了長足發(fā)展。按照工作原理來劃分，應(yīng)力傳感器可以分為壓阻式、電容式、壓電式、光纖式和電感式等。
[0004]壓阻式應(yīng)力傳感器利用金屬或者半導(dǎo)體的電阻隨外界壓力的變化而變化的原理進行工作。目前應(yīng)用的壓阻式應(yīng)力傳感器主要是硅基壓力傳感器，具有測量精度高、重復(fù)性好、穩(wěn)定性好、測試壓力范圍較寬、輸出信號強、體積小、利于集成等優(yōu)點。但是，硅基壓力傳感器的使用溫度一般低于125°C，不能在高溫下使用，并且所測量的壓力下限一般為lOOOPa，不能測量超微壓力。電容式應(yīng)力傳感器利用電容量隨壓力改變而變化的原理進行工作，具有結(jié)構(gòu)簡單、測量精度高、穩(wěn)定性好、功耗低、線性度好、體積小以及利于集成等優(yōu)點。但是，電容式應(yīng)力傳感器易受到連接導(dǎo)線中的寄生電容影響，因此對測量電路要求較高。壓電式應(yīng)力傳感器是根據(jù)壓電效應(yīng)制成的壓力傳感器，具有測量精度高、測試壓力范圍寬、使用溫度范圍寬、體積小、利于集成等優(yōu)點。但是，壓電式應(yīng)力傳感器對測量溫度很敏感，通常需要利用內(nèi)部測溫系統(tǒng)進行校準或者需要采用恒溫系統(tǒng)；此外，壓電式應(yīng)力傳感器主要用于加速度和角速度的測量，一般不用于靜壓測量。光纖式應(yīng)力傳感器是利用外界應(yīng)力改變時，在光纖中的傳播的光的光強、相位或者偏振性能隨外界應(yīng)力的改變而變化的原理進行工作，但是該傳感器需要復(fù)雜的光路處理設(shè)備，價格昂貴。
[0005]電感式應(yīng)力傳感器是基于電感線圈制備的應(yīng)力傳感器。利用電感線圈的阻抗效應(yīng)，當磁體相對于電感線圈發(fā)生位移時，電感線圈感受到的磁場就會發(fā)生改變，由此導(dǎo)致線圈阻抗發(fā)生變化。電感式應(yīng)力傳感器具有靈敏度高、線性度好、溫度穩(wěn)定性好、輸出功率大、使用壽命長的優(yōu)點，因此日益被人們所關(guān)注。目前，結(jié)構(gòu)簡單、靈敏度高、性能穩(wěn)定的電感式應(yīng)力傳感器是科技工作者的研宄熱點，具有良好的應(yīng)用前景。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的技術(shù)目的提供一種電感式應(yīng)力傳感器，該傳感器具有結(jié)構(gòu)簡單、靈敏度尚、性能穩(wěn)定等優(yōu)點。
[0007]為了實現(xiàn)上述技術(shù)目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案為:一種電感式應(yīng)力傳感器，包括支撐殼體，與支撐殼體外部相連接的應(yīng)力承受體，以及位于支撐殼體內(nèi)部的磁體與電感線圈；所述的電感線圈包括磁芯與空心線圈，磁芯穿過空心線圈內(nèi)部；
[0008]支撐殼體中，與應(yīng)力承受體相連接的部分為承壓部分，壓力承受體位于承壓部分的外壁，磁體連接在承壓部分的內(nèi)壁，或者磁體通過連接體與承壓部分的內(nèi)壁相連接；
[0009]工作狀態(tài)時，磁體為電感線圈提供磁場，外界應(yīng)力作用在應(yīng)力承受體上，承壓部分受到壓應(yīng)力而發(fā)生形變，引起磁體相對于電感線圈發(fā)生位移，電感線圈受到的磁場改變，線圈阻抗隨之改變，線圈兩端為阻抗輸出端，輸出該阻抗。
[0010]所述的磁體具有磁性，磁體材料不限，包括有機磁性體、金屬磁性體、氧化物磁性體、非晶磁性體等。
[0011]所述的磁芯為磁材料體系，包括但不限于磁性金屬、磁性合金、非晶磁性材料等。作為優(yōu)選，所述的磁芯選用鐵基非晶軟磁材料或者鈷基非晶軟磁材料，包括但不限于FeSiB, FeCuNbSiB,FeNiSiB,FeCoSiB,GdFeCo,CoSiB 等。
[0012]所述的空心線圈結(jié)構(gòu)不限，可以是漆包線繞行在空心筒外圍而形成。
[0013]所述的支撐殼體采用可以是不銹鋼、Al、Cu、塑料等。為了避免外界磁場對支撐殼體內(nèi)部的磁場產(chǎn)生，作為優(yōu)選，所述的支撐殼體材料采用軟磁材料制成，或者支撐殼體外圍設(shè)置軟磁材料層，用以對外界磁場進行磁屏蔽。
[0014]所述的阻抗輸出端與阻抗分析儀相連接，或者阻抗輸出端與電阻構(gòu)成惠斯通電橋結(jié)構(gòu)，并且阻抗輸出端為惠斯通電橋的一個橋臂，惠斯通電橋的輸出與電壓表或電流表或阻抗分析儀相連接。
[0015]作為優(yōu)選，所述電感線圈位于固定支架上。所述支架結(jié)構(gòu)不限，可以是固定在支撐殼體內(nèi)部的固定架和/或固定桿。所述支架材料不限，包括塑料、金屬和陶瓷等。
[0016]作為優(yōu)選，所述的連接體是連接在承壓部分內(nèi)壁面的固定塊或固定支架，所述固定塊或固定支架的結(jié)構(gòu)不限，磁體與該固定塊或固定支架相固定連接。所述固定塊或固定支架的材料不限，包括塑料、金屬和陶瓷等。
[0017]所述磁體的數(shù)目不限。
[0018]由于應(yīng)力承受體位置的形變最大，作為一種優(yōu)選的實現(xiàn)方式，所述的磁體位于應(yīng)力承受體位置的正下方，有利于提高傳感靈敏度。作為另一種優(yōu)選的實現(xiàn)方式，所述的磁體通過固定塊連接承壓部分；該固定塊固定連接在承壓部分內(nèi)壁，磁體與該固定塊相固定連接，并且磁體位于應(yīng)力承受體位置的正下方。
[0019]線圈沿長度方向的兩端部位置是磁芯磁導(dǎo)率敏感的方向，作為一種優(yōu)選的實現(xiàn)方式，磁體分布在線圈沿長度方向的一端，有利于提高傳感靈敏度；更優(yōu)選地，所述的磁體位于線圈沿長度方向的軸線上。作為另一種優(yōu)選的實現(xiàn)方式，所述的磁體通過固定塊連接承壓部分；該固定塊固定連接在承壓部分內(nèi)壁面，磁體與該固定塊相固定連接，并且磁體分布在線圈沿長度方向的一端，更優(yōu)選地，磁體位于線圈沿長度方向的軸線上。
[0020]作為另一種實現(xiàn)方式，所述的磁體為兩個獨立磁體，每個磁體通過固定支架連接承壓部分；該固定支架固定連接在承壓部分內(nèi)壁，該固定支架包括兩個支架臂，一個磁體固定連接在其中一個支架臂上，另一個磁體固定連接在另一個支架臂上。進一步優(yōu)選，兩個磁體分別位于線圈沿長度方向的兩端部位置區(qū)域，即，其中一個磁體靠近線圈一端，另一個磁體靠近線圈另一端，更優(yōu)選地，兩個磁體位于線圈沿長度方向的軸線上。
[0021]綜上所述，本發(fā)明提供了一種電感式應(yīng)力傳感器，通過結(jié)構(gòu)的設(shè)計，將外界應(yīng)力作用在應(yīng)力承受體上產(chǎn)生壓應(yīng)力，應(yīng)力承受體將該壓應(yīng)力傳遞至支撐殼體的承壓部分，承壓部分發(fā)生形變，引起磁體相對于電感線圈發(fā)生位移，電感線圈受到的磁場改變，線圈阻抗隨之改變，線圈兩端輸出該阻抗，從而實現(xiàn)應(yīng)力檢測。該傳感器具有結(jié)構(gòu)簡單、靈敏度高、易安裝、易維護、成本低等優(yōu)點。本發(fā)明的電感式應(yīng)力傳感器可應(yīng)用在不同的技術(shù)領(lǐng)域，例如，用于高速公路計重收費系統(tǒng)中的軸重秤；工業(yè)自動化檢測系統(tǒng)中的料罐秤、倉儲秤、料斗秤；車載物品稱重等高應(yīng)力監(jiān)測系統(tǒng)，也可用于微應(yīng)力監(jiān)測，例如微米級位移的測量、微應(yīng)力和應(yīng)變測量等領(lǐng)域。另外，通過線圈的非接觸的磁耦合，該應(yīng)力傳感器可以實現(xiàn)無線探測。
【附圖說明】
[0022]圖1是本發(fā)明實施例1中的電感式應(yīng)力傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023]圖2是本發(fā)明實施例2中的電感式應(yīng)力傳