[发明专利]一种自解耦电磁式多维力传感器

说明书

本发明公开了一种自解耦电磁式多维力传感器，包括有底座，所述底座上设有至少三个支撑座，每个支撑座以底座中心为圆心等旋转角度分布，每个所述支撑座上分别设置有一个FPC柔性电路板，所述FPC柔性电路板上焊接有三个霍尔效应传感器，三个所述霍尔效应传感器分别处于对应所述支撑座的上端面、左侧面和右侧面外，与现有技术相比，本发明的一种自解耦电磁式多维力传感器不仅将施加在上板的三维力分成法向力和切向力，从而减少用数学模型带来的解耦误差、提高灵敏度，而且通过改变霍尔电压从而达到测量外力大小的效果，通过结合多点称重法设计结构，得到加载力的位置、大小、方向信息。

技术领域

本发明属于传感器技术领域，具体涉及一种自解耦电磁式多维力传感器。

背景技术

由于多维力传感器的工作原理和结构设计不同，其性能和适应场景也存在差异。因此在实际中应根据具体场景要求选择相应的工作原理并进行传感器的结构设计。

与压阻式、压电式、光电式、电容式等类型的传感器相比，电磁式传感器耐用性强、精度高、成本低。该传感器主要包括电涡流传感器和电霍尔传感器。电涡流传感器主要基于电涡流效应，但存在设计和安装精度要求较高的问题；电霍尔传感器主要基于半导体材料的霍尔效应。霍尔效应是指固体导体放置在磁场，电流通过时，导体内的电荷载子受到罗伦兹力的偏向，从而产生霍尔电压的现象。为了实现对力觉传感的高灵敏度的追求，并考虑未来传感器集成化、微小化的潜力，选择以电霍尔效应传感器来展开研究。

目前，就电磁式多维力传感器的已有研究而言，在解耦方法、灵敏度方面仍有一定的探索空间。涉及到复杂多维力时，如何得到精确的力解耦和力位置、大小、方向信息仍有待继续工作。

发明内容

本发明的目的在于克服已有电磁式多维力传感器设计复杂、灵敏度低、无法得到精确力解耦和力信息，提供一种自解耦电磁式多维力传感器，本发明通过改变磁铁和霍尔传感器之间的距离来改变霍尔电压从而达到测量外力大小的效果。

本发明的目的可以通过采用如下技术方案达到：

第一方面，本申请提供了一种自解耦电磁式多维力传感器，包括有底座，所述底座上设有至少三个支撑座，每个支撑座以底座中心为圆心等旋转角度分布，每个所述支撑座上分别设置有一个FPC柔性电路板，每个所述FPC柔性电路板上均焊接有三个霍尔效应传感器，三个所述霍尔效应传感器分别处于对应所述支撑座的上端面、左侧面和右侧面外，每个所述支撑座上设有第一层加板，每个所述第一层加板的上端面、左侧面和右侧面上均设有通孔，并固定设置有PDMS弹性薄膜，每个所述PDMS弹性薄膜均抵接有触头，每个所述触头中均嵌有磁铁，每个所述第一层加板外均设有第二层加板，每个所述第二层加板的上端面、左侧面和右侧面上分别设有通孔，所述第二层加板外设有上板。

可选的，所述的第一层加板的上端面、左侧面和右侧面上设有通孔，所述的通孔位置与所述霍尔效应传感器相对应。

可选的，所述的第一层加板和第二层加板的上端面、左侧面和右侧面的通孔均与所述触头和磁铁的位置相对应。

可选的，所述触头的尺寸与对应第二层加板的通孔尺寸相同。

可选的，每个所述触头远离PDMS弹性薄膜方向的端头穿过对应第二层加板的通孔与上板接触。

可选的，所述的上板与底座之间设有弹性硅胶。

可选的，所述的FPC柔性电路板与外界处理器相连接。

第二方面，如第一方面中任意一项所述的一种自解耦电磁式多维力传感器，通过将施加在上板上的力分解为竖直方向的法向力和水平方向的切向力，利用各个位置的霍尔效应传感器的霍尔电压变化不同可检测得到上力的位置、大小、方向。

本发明的有益技术效果是：