[发明专利]多区电容式力传感器件与方法

说明书

本申请要求了下述在先申请的优先权：

于2006年4月3日提交的题目为“多区电容式力传感器件与方法”、申请号为11/397,507的美国发明专利申请。

技术领域

本发明一般地涉及测量器件的技术领域，并且在一个实施例中，涉及一种多区电容式力传感装置和方法。

背景技术

测力器可以用来量测施加在该测力器上的力(例如，负载)，并且可以生成与该力相关联的单个测量结果。例如，测力器可以放在被测(例如，称重)物体的下方来测量该物体施加到测力器上的力。

然而，由测力器生成的单个测量结果可能不足以确定物体的水平度(levelness)。为测量物体的水平度会需要多个测力器(例如，至少两个)。例如，施加在四个测力器上(举例来说，四个测力器可以对称放置和/或有策略地放置)的负载在由这四个测力器生成的测量结果没有指示它们之间显著差别时，可以被确定是均匀的(例如，平衡的)。在该示例中，使用四个测力器测量负载的平衡会产生额外的花费以获取(例如，购买、租赁等)四个测力器。此外，可能需要更多的附属设备(例如，电缆、数据处理系统、通信器件等)来读取、处理、分析和/或生成四个测力器的测量结果。

此外，与测量结果相关联的处理会在技术上存在更大的挑战，因为使用多个测力器的使用者可能必须协调获取(例如，收集、传送、读取、比较、分析等)多个测力器的测量结果的过程。因此，可能额外需要复杂的算法(例如，软件和/或硬件)来执行该获取过程。而且，多个测力器的测量结果会更容易出错，因为获取测量结果的多个测力器中的每一个都具有由于自身原因和/或其他外围器件原因而产生的误差。此外，可能需要更大的空间(例如，用于多个测力器)以在测量发生之前放置多个测力器。

发明内容

公开了一种多区电容式力传感装置/方法。在一个方面，装置包括：一个或多个电容器，每个电容器具有上导电表面和与该上导电表面基本平行的下导电表面；外壳，所述外壳具有顶板和底板以包围电容器；以及外壳中的传感器，当与每个电容器相关联的顶板的接触区在施加在该接触区上的力的作用下变形时，该传感器基于每个电容器的上导电表面和下导电表面之间的距离改变而产生测量结果。例如，外壳中的三个电容器可以形成三区传感器，从而产生与所述三个电容器中的一个或多个相关联的测量结果。该装置还可以包括在外壳中的基准电容器，基准电容器具有上基准表面和下基准表面，用来基于环境条件(例如，湿度、温度等)补偿测量结果误差。

该装置还可以包括：一个或多个接触区腔(例如，深度近似1/2000英寸)，所述接触区腔被创建在所述顶板的底面上，以在每个接触区腔上形成上导电表面；以及/或者一个或多个底腔(例如，深度近似1/2000英寸)，所述底腔被创建在所述底板的顶面上，以在每个底腔上形成下基准表面。此外，装置还可以包括单个印刷电路板(PCB)，以容纳传感器和/或与传感器相关联的一个或多个电路并且提供每个电容器的下导电表面和基准电容器的上基准表面。

此外，该装置还可以包括与传感器相关联的比较模块，当在多个电容器的测量结果之间存在显著差别(例如，其可以是使用者提供的阈值)时，所述比较模块产生指示施加在顶板上的力的不均匀度的信号数据。该装置还可以包括：与所述传感器相关联的报警模块，当所述信号数据的参数超出阈值的时候，所述报警模块发出可感知数据；与传感器相关联的聚集模块，聚集模块加总每个电容器的测量结果；与传感器相关联的电容-频率转换模块，电容-频率转换模块将测量结果转换为频率值；以及/或者与传感器相关联的通信模块和数据处理模块，用于与通信器件连接。

在另一方面，一种方法包括：当负载被施加到包围一个或多个电容器的外壳的顶板上时，在与所述外壳的顶板相连接的每个接触区中产生变形，其中所述一个或多个电容器中的每个电容器具有两个平行的导电表面；以及当每个电容器的两个平行导电表面之间的距离由于每个接触区中的变形而改变时，从每个电容器自动产生电容数据。该方法还可以包括将电容数据按比例转换为频率数据(例如，频率数据可以被调制到高值)，比较电容数据以确定施加到外壳的顶板上的负载的水平度，以及/或者当电容数据在多个电容器之间不基本上相等的时候，产生报警声音

该方法还可以包括当一个或多个力被施加到接触区上的时候，使用具有一个或多个电容器的传感器测量所述一个或多个力，修改外壳的一个或多个属性以改变接触区的变形特性，以及/或者在顶板的与每个接触区相对的底面上创建腔，以形成所述两个平行导电表面中的上导电表面。