[实用新型]一种差动式电容多维力传感器

说明书

本实用新型公开了一种差动式电容多维力传感器，其由传感器主体、下感应层、PCB板、上感应层组成。下感应层和上感应层通过螺钉连接于传感器主体中心圆盘上。PCB板位于上、下感应层之间，并固定在传感器外壁内侧的PCB安装台上，且上、下感应层上的平行板电容动电极关于PCB板对称分布且都与PCB板保持一定间隙，并与PCB板上、下表面的平行板电容静电极形成差动式结构平行电极型电容器。PCB板上的左右垂直型电容静电极关于垂直型电容动电极对称分布且与垂直型电容动电极保持一定间隙，形成差动式结构垂直电极型电容器。本实用新型采用两种差动式结构电容器，提高了电容多维力传感器灵敏度、线性度与抗干扰能力。

技术领域

本实用新型属于传感器技术领域，涉及力传感器，特别涉及一种差动式电容多维力传感器。

背景技术

目前电容式六维力传感器大多基于平行板电容效应原理，其基本工作原理是测量两电极之间由于距离和介质等参数的变化而随之变化的电容值，通过电容值和力/力矩的数学关系式，换算出力/力矩的数值。这种电容式多维力传感器温度稳定性好、高阻抗、低功率、动态响应好以及结构简单。但其灵敏度受极板间距的影响较大，电容值会随着极板间距的增大而迅速减小，且容易受到电路噪声以及外界环境因素干扰。

发明内容

本实用新型的目的在于，针对目前电容式多维力传感器的不足，提出了一种差动式的电容多维力传感器，采用两种差动式结构电容器以提高电容式多维力传感器的抗干扰能力及灵敏度。

一种差动式电容多维力传感器包括传感器主体1、下感应层2、PCB板3、上感应层4；所述传感器主体1至少包括变形梁5、传感器外壁6以及PCB板安装台7；所述变形梁5一端连接于传感器主体1的主体中心圆盘8外侧，另一端连接于传感器外壁6内侧，呈轮辐状分布；所述传感器外壁6上开有走线孔9，用于外部引线；所述PCB板安装台7设置于传感器外壁6内侧，且PCB板安装台7上设有第一螺纹孔22；所述下感应层2、上感应层4通过螺钉连接于传感器主体1的主体中心圆盘8上，主体中心圆盘8上设有第二螺纹孔23以及沉头孔24；所述PCB板3安装于PCB板安装台7上；所述传感器外壁6上设有第三螺纹孔25，用于传感器与外接法兰的连接。

所述下感应层2上有下平行板电容动电极10，其数目为3，且一端固定连接于下感应层中心圆盘11外侧，另一端悬空。下感应层中心圆盘11上设有通孔26，用于将下感应层固定在主体1的主体中心圆盘8上。

所述PCB板3至少包括下平行板电容静电极12、上平行板电容静电极13、左垂直型电容静电极14、右垂直型电容静电极15，其数目均为3，以及PCB板安装孔16。左垂直型电容静电极14与右垂直型电容静电极15均有两层，分别设置于PCB板3上下表面，且中间通过铜线连接，以提高传感器灵敏度。

所述上感应层4至少包括上平行板电容动电极17、垂直型电容动电极18，其数目均为3，且都为一端固定连接于上感应层中心圆盘19外侧，另一端悬空，上感应层中心圆盘19设有第四螺纹孔27和第五螺纹孔28。第四螺纹孔27用于将其与下感应层2一起固定在主体1的主体中心圆盘8上。第五螺纹孔28用于传感器与外接法兰的连接。

所述下平行板电容动电极10和上平行板电容动电极17关于PCB板3对称分布，且都与PCB板3保持一定间隙，并与下平行板电容静电极12及上平行板电容静电极13形成差动式结构平行电极型电容器20，其数目为3且绕Z轴均匀分布；所述左垂直型电容静电极14和右垂直型电容静电极15关于垂直型电容动电极18对称分布，且都与垂直型电容动电极18保持一定间隙，形成差动式结构垂直电极型电容器21，其数目为3且绕Z轴均匀分布。

所述差动式结构平行电极型电容器20，当下平行板电容动电极10与下平行板电容静电极12距离改变Δd时，上平行板电容动电极17与上平行板电容静电极13距离改变-Δd；所述差动式结构垂直电极型电容器21，当左垂直型电容静电极14与垂直型电容动电极18距离改变Δh时，右垂直型电容静电极15与垂直型电容动电极18的距离改变-Δh。