[发明专利]一种可调量程的电容式三维力传感器

权利要求书

1.一种可调量程的电容式三维力传感器，其特征在于，包括弹性载体(1)、四个可动电容极板(4)、四个固定电容极板(5)、四个调整垫块(6)、四个螺柱(7)、四个差动螺母(8)和四个刻度盘(9)；

弹性载体(1)为圆筒状，一端为受力端，另一端为固定端，所述弹性载体(1)包括十字槽(1A)和十字梁(1B)；在弹性载体(1)的筒壁上开有四个槽，所述四个槽位使筒内筒外相通，四个槽共同组成十字槽(1A)；在每个槽位的底部各设有一个梁，四个梁共同组成十字梁(1B)；四个调整垫块(6)分别放置在四个槽内，调整垫块(6)的高度小于所在槽的高度，每个调整垫块(6)内均设有内孔，四个可动电容极板(4)分别固定在四个调整垫块(6)的底部，四个固定电容极板(5)分别固定在四个槽的底部，位置与上方的可动电容极板(4)相对；四个可动电容极板(4)与四个固定电容极板(5)组成四个电容传感器，用于感知十字槽(1A)的变形量；

在弹性载体(1)的固定端设有四个螺纹孔，四个螺纹孔分别从固定端延伸至四个槽内，在顶端的四个螺纹孔处分别设有一个刻度盘(9)，四个差动螺母(8)分别设置在四个刻度盘(9)的内孔中，差动螺母(8)的外表面上部与刻度盘(9)的内孔固定连接，差动螺母(8)的外表面下部的外螺纹与所在螺纹孔的螺纹啮合，四个螺柱(7)分别设置在四个螺纹孔内，并延伸至四个调整垫块(6)的内孔内固定，四个螺柱(7)的外螺纹分别与四个差动螺母(8)的内螺纹啮合；

通过旋转四个刻度盘(9)，调整固定电容极板(5)与可动电容极板(4)的初始间距d₀。

2.根据权利要求1所述的电容式三维力传感器，其特征在于，所述传感器还包括保护外壳(2)和密封端盖(3)；

密封端盖(3)设置在弹性载体(1)的受力端，保护外壳(2)套在弹性载体(1)的外表面，保护外壳(2)的一端与弹性载体(1)的固定端连接，保护外壳(2)的另一端与密封端盖(3)固定连接。

3.根据权利要求1所述的电容式三维力传感器，其特征在于，调整垫块(6)的形状和尺寸与槽的两侧面相配合，抑制调整垫块(6)转动。

4.根据权利要求1所述的电容式三维力传感器，其特征在于，根据固定电容极板(5)与可动电容极板(4)的初始间距d₀，获得传感器测力灵敏度S_CF和量程Δd_max；

d₀＝(5～10)Δd_max，

ε是固定电容极板(5)与可动电容极板(4)间介质的介电常数，S是固定电容极板(5)与可动电容极板(4)的相对面积，k是与弹性载体(1)刚度有关的常数。