[发明专利]微弹簧结构精密传感器

说明书

技术领域

本发明涉及传感器领域，特别是指一种微弹簧结构精密传感器。

背景技术

目前国际上通用的称重传感器绝大部分是电阻式结构，是采用电阻应变片进行测量。应变片结构在低量程精密测量上存在无法克服的缺陷：应变片需要变形空间，无法缩小体积；同时应变片的温度漂移是无法克服的，并影响测量精度，特别是超精密测量更是无法达到更高等级的精度。

本发明采用电容式结构：该结构感应部分是通过MEMS（Micro-Electro-Mechanical Systems，微机电系统）技术制造出来的微弹簧电容结构，通过电容的改变来实现被测物体重量信号的传递。

发明内容

本发明提出一种微弹簧结构精密传感器，解决了现有技术中电阻应变片式传感器的体积大和精度低的问题。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种微弹簧结构精密传感器，包括：螺帽、基座、MEMS电容传感器、微感应头和引线；所述螺帽是由圆柱形侧壁和顶盖构成的下端开口部件，顶盖中间设有通孔；所述基座固定于螺帽下端开口处，基座上设有引线孔；所述MEMS电容传感器位于基座上；所述微感应头位于MEMS电容传感器上方，穿过顶盖的通孔伸出螺帽外，且微感应头与顶盖的通孔无接触，以避免产生干扰；所述引线一端连接MEMS电容传感器，另一端由引线孔引出基座外部。

优选所述螺帽和基座分别设有螺纹，通过螺纹相固定连接。

所述MEMS电容传感器由下至上依次包括：下极板、绝缘介质、微弹簧和上极板；所述上极板由微弹簧固定在绝缘介质上；所述引线分别连接在上极板和下极板上。

优选所述微弹簧不少于三个，各微弹簧的一端沿上极板外沿均匀分布。这里采用的MEMS电容传感器上、下极板为圆形，当微弹簧为三个时，各微弹簧在相邻夹角为120°的半径方向上；当微弹簧为四个时，各微弹簧在相邻夹角为90°的半径方向上。这种分布使各微弹簧均匀受力。

优选所述MEMS电容传感器是由硅基材料制成。

工作原理：当微感应头受力后，发生向下的微米级的位移后，驱动内部MEMS电容的上极板和微弹簧，微弹簧受力后压缩，因此MEMS电容的上、下极板的相对位置发生改变，从而电容值发生微小变化，电容值的变化信号通过封装的引线传递给外边的连接导线和测量仪器，最终实现了力值到电容值的转化，并获得被测物体的重量。

本发明的有益效果为：该结构感应部分是通过MEMS技术制造出来的具有微弹簧结构的MEMS电容传感器，通过电容的改变来达到被测物体重量信号的传递。微机械系统有效地改变了设计尺寸，使传感器的尺寸变得更小、更精密。电容值的改变是通过特种机械封装结构来实现的，通过螺旋结构来改变感应头的高度，从而实现精确的定位。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一个实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据该附图获得其他的附图。

图1为本发明一种微弹簧结构精密传感器的结构示意图；

图中：

1、微感应头；2、上极板；3、下极板；4、绝缘介质；5、微弹簧；6、螺帽；7、基座；8、引线；9、引线孔。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，本实施例中微弹簧结构精密传感器，包括螺帽、基座、MEMS电容传感器、微感应头和引线；其中的螺帽是由圆柱形侧壁和顶盖构成的下端开口部件，顶盖中间设有通孔；螺帽和基座分别设有螺纹，基座通过螺纹固定于螺帽下端开口处，基座上设有引线孔。

MEMS电容传感器位于基座上；该MEMS电容传感器由硅基材料制成，由下至上依次包括：下极板、绝缘介质、微弹簧和上极板；上极板由微弹簧固定在绝缘介质上，微弹簧有三个，沿上极板圆形外沿等距离均匀分布；两根引线分别连接在上极板和下极板上，引线另一端由引线孔引出基座外部。

微感应头位于MEMS电容传感器的上极板上，穿过螺帽上端的通孔伸出螺帽外，且微感应头与螺帽上端的通孔无接触，以避免产生干扰。