柔性平台组件结构上的机械联接的力传感器

摘要

本发明涉及柔性平台组件结构上的机械联接的力传感器。具体地，一种力传感器系统包括基底、盖、传感器和球形力传递元件。所述盖联接到所述基底并且具有内表面、外表面、在所述内表面和外表面之间延伸的开口、以及从所述内表面延伸的壁结构，所述壁结构限定在所述内表面和所述基底之间的传感器腔体。所述传感器安装在所述基底上，布置在所述传感器腔体内，并且被构造成产生传感器信号，所述传感器信号代表提供给所述传感器的力。所述球形力传递元件部分地布置在所述传感器腔体内，能够相对于所述盖移动，从所述盖内的开口延伸并且接合所述传感器。所述球形力传递元件适于接收输入力并且被构造成当接收到所述输入力时将所述输入力传递到所述传感器。

说明书

技术领域

本发明一般地涉及力传感器，并且更具体地涉及在相对柔性平台组件结构 上实施的机械联接的力传感器。

背景技术

力传感器应用于众多的系统和环境中。力传感器的终端用户要求更好的性 能和更小的封装。具体地，许多终端用户要求力传感器在特定的温度范围上具 有大约1％的总误差带。除了增强的性能之外，传感器价格也是巨大的驱动力。 某些终端用户市场呈现相对严峻的成本压力。历史上，力传感器供应商通过两 种单独的选择方案来应付这些需求。一种选择方案是提供未经补偿／未经放大的 力传感器，其能够被制造成相对小的封装。第二种选择方案是提供经放大／经补 偿的力传感器。然而，后者这些传感器被制造成相对大的封装。造成此情况的 一个原因在于尚未开发出来能够在实践上被经济地校准的机械联接的且经放大 的解决方案。

因此，需要一种力传感器系统，其在相对小的封装内表现出相对良好的性 能并且能够在实践上被经济地校准。本发明至少解决了这些需求。

发明内容

在一个实施例中，一种力传感器系统包括基底、盖、传感器和球形力传递 元件。所述盖联接到所述基底并且具有内表面、外表面以及在所述内表面和外 表面之间延伸的开口。壁结构从所述内表面延伸，所述壁结构限定在所述内表 面和所述基底之间的传感器腔体。所述传感器安装在所述基底上并且布置在所 述传感器腔体内。所述传感器被构造成产生传感器信号，所述传感器信号代表 提供给所述传感器的力。所述球形力传递元件部分地布置在所述传感器腔体内 并且能够相对于所述盖移动。所述球形力传递元件从所述盖内的开口延伸并且 接合所述传感器。所述球形力传递元件适于接收输入力并且被构造成当接收到 所述输入力时将所述输入力传递到所述传感器。

在另一实施例中，一种力传感器系统包括基底、盖、传感器、处理器、承 载元件和力传递元件。所述基底包括第一侧和第二侧。所述盖联接到所述基底 的第一侧并且具有内表面、外表面以及在所述内表面和外表面之间延伸的开口。 壁结构从所述内表面延伸，所述壁结构限定在所述内表面和所述基底之间的传 感器腔体和处理器腔体。所述传感器安装在所述基底的第一侧上并且布置在所 述传感器腔体内。所述传感器被构造成产生传感器信号，所述传感器信号代表 提供给所述传感器的力。所述处理器安装在所述基底的第一侧上并且布置在所 述处理器腔体内。所述处理器被联接成接收所述传感器信号并且被构造成当其 接收时提供力传感器输出信号。所述承载元件联接到所述基底的第二侧并且被 构造成限制传递到所述基底的力。所述力传递元件部分地布置在所述传感器腔 体内并且能够相对于所述盖移动。所述力传递元件从所述盖内的开口延伸并且 接合所述传感器。所述力传递元件适于接收输入力并且被构造成当接收到所述 输入力时将所述输入力传递到所述传感器。

仍然在另一个实施例中，一种力传感器系统包括基底、盖、传感器、承载 元件和力传递元件。所述基底包括第一侧、第二侧以及形成在所述第一侧中的 多个盖对准开口。所述盖联接到所述基底的第一侧并且具有内表面、外表面以 及在所述内表面和外表面之间延伸的开口。壁结构从所述内表面延伸，所述壁 结构限定在所述内表面和所述基底之间的传感器腔体。所述盖还包括多个盖对 准销，每个盖对准销布置在所述盖对准开口中的一个内。所述传感器安装在所 述基底的第一侧上并且布置在所述传感器腔体内。所述传感器被构造成产生传 感器信号，所述传感器信号代表提供给所述传感器的力。所述承载元件联接到 所述基底的第二侧并且被构造成限制传递到所述基底的力。所述力传递元件部 分地布置在所述传感器腔体内并且能够相对于所述盖移动。所述力传递元件从 所述盖内的开口延伸并且接合所述传感器。所述力传递元件适于接收输入力并 且被构造成当接收到所述输入力时将所述输入力传递到所述传感器。

此外，从接下来的详细说明和所附权利要求并结合附图和前面的背景技术， 所述力传感器系统的其他期望特征和特性将变得明显。

附图说明

下面将结合附图描述本发明，在附图中，相同的附图标记表示相同的元件， 并且在附图中：

图1示出了力传感器系统的一个实施例的剖面图；

图2示出了图1的力传感器系统的平面图，盖被去除；

图3和4示出了图1的力传感器系统的平面图；

图5和6示出了用于实施图1、3和4的力传感器系统的盖的一个实施例的 平面图；以及

图7示出了图1、3和4的力传感器系统的一部分的特写剖面图。

具体实施方式

下面的详细描述本质上仅仅是示例性的，并且不试图限制本发明或本发明 的应用和用途。如本文所使用的，词语“示例性的”指的是“作为实例，例子 或者例证”，因此本文描述为“示例性”的实施例不一定被理解为相对于其他实 施例是优选的或有利的。本文描述的所有实施例都是示例性实施例，提供给本 领域技术人员以制作或者使用本发明，并且不限制本发明的范围，本发明的范 围由权利要求限定。此外，没有意图通过前面的技术领域、背景技术、发明内 容或下面的详细描述中出现的任何明示或暗示理论来加以约束。

图1-4示出了力传感器系统100的实施例，其包括基底102、盖104、传感 器106、力传递元件108以及处理器112。基底102包括第一侧114和第二侧116， 并且可由多种材料中的任何一种形成，例如陶瓷。无论结构的材料如何，基底 102另外还包括多个输出连接销118，其可以用于将力传感器系统100连接到外 部设备或系统。基底102还可具有适当的电路迹线或者其他适当的装置，用于 将传感器106和处理器108相互之间电耦接并且耦接到输出连接销118。尽管所 示基底102被构造为双列直插式封装(DIP)，这仅仅是示例性的。在替代实施 例中，基底102可以被构造为单列直插式封装(SIP)或者表面贴装技术(SMT) 设备。

如图2中最清晰地表示的，基底另外还包括多个盖对准开口202(202-1、 202-2、202-3)。尽管所示实施例包括三个盖对准开口202，但可以理解的是基 底102可以被实施为具有多于或少于这个数字的开口。盖对准开口202可以部 分地或者全部穿过基底102延伸，并且被构造成接收形成于盖104上的盖对准 销602(602-1、602-2、602-3)(参见图6)。如盖对准开口202的情况那样，尽 管所示实施例包括三个盖对准销602，但可以理解的是盖104可以被实施为具有 多于或少于这个数字的销。

图5和6示出了盖104的平面图，盖104联接到基底102并且具有内表面 604、外表面606、开口608以及壁结构612。开口608在内表面604和外表面 606之间延伸。壁结构612从内表面604延伸，并且如在图1中最佳表示出的， 限定在内表面604和基底102之间的两个腔体-传感器腔体614和处理器腔体 616。在所示实施例中，传感器腔体614通常为圆筒形，并且其高度大于通常为 长方形的处理器腔体616的高度。如果需要或者期望，这些形状和相对高度可 以与实施例中的不同。而且，在某些实施例中，盖104可被实施为没有处理器 腔体616。

在进一步介绍之前，请注意，由于盖104是分立元件而不是如某些传感器 系统中那样是集成元件，所以如果需要或者期望的话可以以相对低的成本改变 盖104的特定构造，因为仅仅会改变盖104的构造。然而，力传感器系统100 的剩余部分不会受到影响。这样提供的优势在于保持改换成本相对低同时仍然 能够相对快速和简便的实施。

继续参考图1，可以看到传感器106安装在基底102上，并且布置在传感 器腔体614内。传感器106可以通过软焊或者其他适当的方式安装在基底102 上，但是优选地通过粘合剂122安装在其上。所示传感器106包括安装部分124 和隔膜126。安装部分124用于将传感器106安装到基底102。隔膜126形成于 安装部分124内，并且一个或多个感测元件形成在隔膜126上，感测隔膜126 的变形。感测元件可以是压敏电阻、应变计或者众多其他已知设备中的一种。 不管其具体的实施，传感器106被构造成产生传感器信号，该传感器信号代表 提供给传感器的力。

可以采用多种方式构造和实施力传递元件108，但是在所示实施例中其形 状为球形。力传递元件108部分地布置在传感器腔体614内，并且能够相对于 盖104移动。更具体地，力传递元件108从盖104内的开口608延伸并且接合 传感器106，更具体地接合隔膜126。力传递元件108适于接收输入力并且构造 成在接收到输入力时将输入力传递到传感器106。

前面提到基底102包括多个盖对准开口202，并且盖104包括多个盖对准 销602。布置盖对准开口202和盖对准销602布置成提供力传递元件108到传感 器106的适当对准。可以理解的是，可以在将盖104联接到基底102之前安装 力传递元件108，或者可以在将盖104联接到基底102之后将力传递元件108 压配合到开口608内。

处理器112安装在基底102上并且布置在处理器腔体616内。与传感器106 类似，处理器112可以通过软焊或者其他适当的方式安装在基底102上，但也 是优选地通过粘结剂122安装在其上。处理器112可实施为专用集成电路 (ASIC)、微处理器或者微控制器，这仅仅列举了少数几种。不管怎样，处理器 112被联接成接收由传感器106提供的传感器信号，并且被构造成当其接收时提 供力传感器输出信号。

如图1和4中最清楚示出的，力传感器系统100另外还可包括承载元件128。 如果包括的话，承载元件128联接到基底102的第二侧116并且被构造成限制 可能传递到基底102的任何力。具体地，当力传感器系统100连接到未示出的 外部系统或设备时，承载元件128会将负载集中到外部系统或设备中，所述负 载来自被施加到力传感器系统100的力。这样将会防止或者至少显著降低过载 从而潜在破坏基底102或者损坏终端的可能性。

现在参考图7，在所示实施例中，盖104的外表面(更具体地，布置在传 感器腔体614上方的盖104的外表面)被构造成包括密封表面702。密封表面 702适于接收校准压力源(未示出)，校准压力源允许对力传感器系统100进行 校准。更具体地，校准压力源可用于在不同温度上致动传感器106。此后，可在 室温下检查和确认偏置和跨度。前面已经指出可以在将盖104联接到基底102 之前安装力传递元件108或者可以在将盖104联接到基底102之后将力传递元 件108压配合到开口608内。在这点上，请注意，可以在力传感器系统100被 校准之后将力传递元件108压配合到开口608内。

本领域技术人员将会意识到结合本文公开的实施例所描述的各种示例性逻 辑块、模块、电路以及算法步骤可以被实施为电子硬件、计算机软件或者两者 的组合。上述某些实施例和实施方式采用功能性和／或逻辑块部件(或模块)和 各种处理步骤的方式。然而应当理解的是，这些块部件(或模块)可以采用被 构造成执行特定功能的任意数量的硬件、软件和／或固件部件实现。为了清晰的 说明该硬件和软件的可互换性，如上一般地采用它们功能的方式说明不同示例 性部件、块、模块、电路和步骤。该功能是实施为硬件还是软件取决于整个系 统上所附加的特定应用和设计限制。本领域技术人员可以采用不同方式针对每 个特定应用实施所述功能，但是这种实施决策不应当被解释为导致与本发明范 围的偏离。例如，系统或部件的实施例可采用各种集成电路部件，例如存储元 件、数字信号处理元件、逻辑元件、查询表等，其可在一个或多个微处理器或 者其他控制设备的控制下执行多种功能。另外，本领域技术人员应当理解本文 描述的实施例仅仅为示例性的实施方式。

与本文公开的实施方式一起描述的不同示例性逻辑块、模块以及电路可以 采用被设计成执行本文所述功能的通用处理器、数字信号处理器(DSP)、专用 集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)或者其他可编程逻辑设备、离 散门或者晶体管逻辑、离散硬件元件或者它们的任意组合来实现或者工作。通 用处理器可为微处理器，但是在替代方式中，该处理器可以是任何常规的处理 器、控制器、微处理器或者状态机。还可以将处理器实施为计算设备的组合， 例如，DSP和微处理器的组合、多个微处理器、结合有DSP核芯的一台或者多 台微处理器或者任何其它此类构造。

与本文公开的实施例一起描述的方法或者算法步骤可以直接包含在硬件 内、由处理器执行的软件模块内、或者两者的组合。软件模块可以位于RAM存 储器、闪存、ROM存储器、EPROM存储器、EEPROM存储器、寄存器、硬盘、 可移动磁盘、CD-ROM或者任何其它形式的现有技术已知的存储介质中。示例 性存储介质联接到处理器，使得处理器能够从存储介质读取信息或者向其中写 入信息。在替代方式中，存储介质可集成到处理器中。处理器和存储介质可以 位于ASIC中。ASIC可位于用户终端中。在替代方式中，处理器和存储介质可 作为离散元件位于用户终端中。

该本文件中，相关性术语(例如第一和第二等)仅仅用于将一个实体或者 动作与其它实体或动作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或动作之间 的任何实际的此类关系或者次序。数字序数词(例如“第一”、“第二”、“第三” 等)仅仅表示多个中的不同个体，而不是暗示任何顺序或次序，除非由权利要 求的语言特别限定。任何权利要求中的文字次序并不暗示过程步骤必须采用根 据该次序的时间或逻辑顺序来执行，除非由权利要求的语言特别限定。在不偏 离本发明范围的情况下，过程步骤是可以以任意顺序互换，只要这样的互换不 与权利要求的语言相抵触并且逻辑上也不是没有意义的。

此外，根据上下文，用于描述不同元件之间关系的词语(例如“连接”或 者“联接到”)不暗示这些元件之间必须进行直接的物理连接。例如，两个元件 互相之间可以采用物理、电学、逻辑或者其他任何方式、通过一个或多个其他 元件进行连接。

虽然在本发明前面的详细描述中已经给出了至少一个示例性实施例，但是 应当意识到仍然存在数量众多的变化形式。还应当意识到的是，一个或多个示 例性实施例并不旨在以任何方式对本发明的范围、应用领域或构造进行限制。 相反，前面的详细描述将会向本领域技术人员提供用于实施本发明的示例性实 施例的方便的路径图。应当理解，在不偏离如所附权利要求阐述的本发明范围 的情况下，可对示例性实施例中所描述的元件的功能和布置结构进行各种改变。