[发明专利]一种压电式六维力传感器

摘要

一种压电式六维力传感器。它包括其内部带有安装盘和插座的基座，被上下两片绝缘电极板夹住而安装在该基座内安装盘上的测力测矩计，盖子，信号引线和绝缘填充材料。本发明构成测力测矩计的石英晶片只有八片，分别为四片Y0°切型石英晶片和四片X0°切型石英晶片。通过采集这八片石英晶片的输出信号后再进行加法运算和/或减法运算可获得被测三维力和三维力矩信息。本发明除仍然能保持无维间耦合，无需解耦运算之优点外，还因其所用石英晶片大大减少而具有了结构简单、加工工艺要求降低的优点，故尤其适用于MEMS工艺加工、以使压电式六维力传感器微型化。

主权项

一种压电式六维力传感器，该传感器包括其内部带有安装盘(91)、其外部带有插座的基座(9)，被上下两片绝缘电极板(141、142)夹住而安装在该基座(9)内安装盘(91)上的测力测矩计(j0)，紧压在上片绝缘电极板(141)上的盖子(10)，把绝缘电极板(141、142)的电极与插座连接起来的信号引线(12)以及固定且绝缘隔离该信号引线(12)的绝缘填充材料(11)；其中，所述测力测矩计(j0)由若干石英晶片构成；其特征在于，构成所述测力测矩计(j0)的石英晶片(j1～j8)只有八片，这八片石英晶片(j1～j8)在该传感器的工作三维直角坐标系的X、Y平面中，均匀布置于一个Z轴通过其圆心的参考圆的圆周上；在该参考圆与X、Y轴的交点处，安置的是四片Y0°切型石英晶片(j1、j3、j5、j7)，其余为四片X0°切型石英晶片(j2、j4、j6、j8)；这四片Y0°切型石英晶片(j1、j3、j5、j7)各自自身的局部坐标系中的Y轴，均与该传感器的工作三维直角坐标系的Z轴平行且方向相反或相同，其X轴沿所述参考圆的圆周逆时针或顺时针分布，其Z轴均根据左手定则或均根据右手定则确定；这四片X0°切型石英晶片(j2、j4、j6、j8)各自自身的局部坐标系的X轴，均与该传感器的工作三维直角坐标系的Z轴平行且方向相反或相同，其Y轴沿所述参考圆的圆周逆时针或顺时针分布，其Z轴均根据左手定则或均根据右手定则确定；在所述的两片绝缘电极板(141、142)上有与这八片石英晶片(j1～j8)一一对应且呈镜像对称的八对电极(d1～d8)，这八对电极(d1～d8)分别并联在一起构成八个信号输出端(Q1～Q8)、并分别通过信号引线(12)与对应插座(131～138)连接；与在Y轴上的Y0°切型石英晶片(j1、j5)对应的信号输出端(Q1、Q5)的输出值，通过减法运算为X向的力值(FX)；与在X轴上的Y0°切型石英晶片(j3、j7)对应的信号输出端(Q3、Q7)的输出值，通过减法运算为Y向的力值(FY)；与四片X0°切型石英晶片(j2、j4、j6、j8)对应的信号输出端(Q2、Q4、Q6、Q8)的输出值，通过加法运算为Z向的力值(FZ)；与在X轴正向和Y轴负向的角平分线上、在X轴负向和Y轴负向的角平分线上的两片X0°切型石英晶片(j4、j6)所对应的信号输出端(Q4、Q6)的输出值之和与另外两片X0°切型石英晶片(j2、j8)所对应的信号输出端(Q2、Q8)的输出值之和，通过减法运算为X向的力矩值(MX)；与在X轴正向和Y轴正向的角平分线上、在X轴正向和Y轴负向的角平分线上的两片X0°切型石英晶片(j2、j4)所对应的信号输出端(Q2、Q4)的输出值之和与另外两片X0°切型石英晶片(j6、j8)所对应的信号输出端(Q6、Q8)的输出值之和，通过减法运算为Y向的力矩值(MY)；与四片Y0°切型石英晶片(j1、j3、j5、j7)所对应的信号输出端(Q1、Q3、Q5、Q7)的输出值，通过加法运算为Z向的力矩值(MZ)。