专利名称：柔性结构石英谐振式拉力传感器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种传感器，特别是一种石英谐振式传感器。
石英谐振式传感器是近年来国际上在数字式传感器研究方面的一个研究热点，许多国内外的大学和研究机构都在努力研究它的应用前景。石英谐振式传感器具有结构简单、灵敏度高、性能稳定等优点，但因为结构及高频振荡电路方面存在的弱点，同时也存在着容易受干扰、蠕变大、重复性差、精度不高、抗冲击能力差等缺点，因此目前大规模低成本生产的这类传感器，还没有用于III级计量领域的，而且其容量由于受结构和晶片的限制，一般都在15kg以下。另一方面，石英谐振式传感器因为是频率输出，可直接经过单片机计数采样，无需A\D转换，所以是数字式传感器，具有许多数字式传器的优点，便于传感器智能化，故有广阔的发展前景，目前在压力传感器、分子天平方面已有了一定的应用。中国专利说明书CN1204051A公开了一种石英谐振式力/称重传感器，它是由刚性部分和半柔性部分组成的，其加工和装配工艺极为复杂，成本高，而且其稳定性、重复性、线性及蠕变也达不到实际要求，难以做成高精度传感器。
本实用新型的目的是提供一种加工简单、成本低，而且精度高的柔性结构石英谐振式拉力传感器。
实现上述目的的技术方案是一种柔性结构石英谐振式拉力传感器，包括壳体、测量用的石英晶片、参考谐振器及其补偿电路、引线和输出电缆，还包括左、右拉力件和柔性传力钢片，柔性传力钢片的两端分别与左、右拉力件固定连接，左、右拉力件之间的柔性传力钢片形成菱形结构，石英晶片位于菱形结构的上、下两端之间，且石英晶片的上、下两端分别与柔性传力钢片固定连接。
采用上述技术方案后，石英晶片位于由柔性传力钢片形成的菱形结构的上、下两端之间，且石英晶片的上、下两端分别与柔性传力钢片固定连接，使石英晶片成悬浮状态，而柔性传力钢片的两端分别由左、右拉力件固定，当拉力件受到拉力时，柔性传力钢片形成的菱形结构以分力形式把拉力传递给石英晶片，从而使石英晶片的频率发生相应的变化，通过引线，并经参考谐振器及其差频电路处理后，从电缆中输出相应的差频信号。由于采用了柔性钢片结构，这就降低了对系统的整体精度要求，提高了系统的自平衡能力。更重要的是，柔性结构力传递精度高，抗冲击能力极强。悬浮在菱形结构中心的晶片也具有自平衡能力，从而大大降低了晶片安装的精度要求，而且钢片对晶片振荡的损耗小，所以晶片的起振容易、精度高、稳定性好，因而可做成高精度传感器，提高了传感器的稳定性和重复性，减少了蠕变，增强了抗冲击能力，同时提高了大规模生产的工艺性，降低了生产成本，拓宽了其应用领域。
以下结合附图和实施例对本实用新型作进一步详细的说明。


图1为本实用新型的结构示意图；图2为本实用新型的柔性传力钢片与石英晶片的第一种连接关系图；图3为本实用新型的柔性传力钢片与石英晶片的第二种连接关系图；图4为本实用新型的柔性传力钢片与石英晶片的第三种连接关系图；图5为本实用新型的柔性传力钢片与石英晶片的第四种连接关系图；图6为本实用新型的柔性传力钢片形成的菱形结构与拉力件之间的第一种连接关系图；图7为本实用新型的柔性传力钢片形成的菱形结构与拉力件之间的第二种连接关系图；图8为本实用新型的柔性传力钢片形成的菱形结构与拉力件的第三种连接关系图。
如图1所示，一种柔性结构石英谐振式拉力传感器，包括壳体3、测量用的石英晶片4、参考谐振器及其补偿电路6、引线5和输出电缆7，还包括左、右拉力件1和柔性传力钢片2，柔性传力钢片2的两端分别与左、右拉力件1固定连接，左、右拉力件1之间的柔性传力钢片2形成菱形结构，石英晶片4位于菱形结构的上、下两端之间，且石英晶片4的上、下两端分别与柔性传力钢片2固定连接。该石英谐振式拉力传感器在实际使用中也可竖直放置(如将图1所示结构旋转90°即可)，即石英晶片4可以如图1中所示为竖直状态，也可以是传感器竖直放置后的水平状态。
如图1、2所示，石英晶片4的上、下两端与柔性传力钢片2直接固定连接。
如图3、4、5所示，石英晶片4的上、下两端与柔性传力钢片2通过垫块9固定连接，且垫块9可为三角形(如图3)，长方形(如图4)，半球形(如图5)等。
如图6所示，柔性传力钢片2形成的菱形结构的左、右两端分别与左、右拉力件1焊接。
如图7所示，柔性传力钢片2形成的菱形结构的左、右两端分别通过螺钉10与左、右拉力件1固定连接。当然，也可通过铆钉与左、右拉力件1固定连接。
如图8所示，柔性传力钢片2形成的菱形结构的左、右两端分别通过圆环11与左、右拉力件1固定连接。
本实用新型所述的谐振器的补偿电路为常规的公知电路，这里不再详述。
本实用新型的工作原理如下当拉力件1受拉力时，柔性传力钢片2形成的菱形结构以分力形式把拉力传递给石英晶片4，从而使石英晶片4的频率发生相应的变化，通过引线5，并经参考谐振器及其差频电路6处理，从电缆7中输出相应的差频信号。
如图1所示，左、右拉力件1由上片1-1和下片1-2组成，且上片1-1和下片1-2之间夹有垫板8，柔性传力钢片2的左、右两端分别装夹在垫板8与左、右拉力件1的上片1-1和下片1-2之间。
通过改变垫板8的厚度可以调整图1中的θ角，也就是使石英晶片4受到的分力与柔性传力钢片2所受的拉力之比(sinθ)发生变化，从而在石英晶片4受力的容许范围内改变了拉力传感器的量程，使力的测量范围得到相应倍数的扩大。
本实用新型把一个固定晶振和传感晶振组成的差频电路也安装在传感器壳体3内，使高频部分的引线尽可能地短，从而大大降低了引线引起的频率干扰，同时使传感器的电缆可以足够长，因为差频后的输出已是低频。温度补偿电路也装在传感器壳体3内，对晶片的温度，非线性等作出补偿。
权利要求1.一种柔性结构石英谐振式拉力传感器，包括壳体(3)、测量用的石英晶片(4)、参考谐振器及其补偿电路(6)、引线(5)和输出电缆(7)，其特征在于还包括左、右拉力件(1)和柔性传力钢片(2)，柔性传力钢片(2)的两端分别与左、右拉力件(1)固定连接，左、右拉力件(1)之间的柔性传力钢片(2)形成菱形结构，石英晶片(4)位于菱形结构的上、下两端之间，且石英晶片(4)的上、下两端分别与柔性传力钢片(2)固定连接。
2.根据权利要求1所述的石英谐振式拉力传感器，其特征在于石英晶片(4)上下两端与柔性传力钢片(2)直接固定连接。
3.根据权利要求1所述的石英谐振式拉力传感器，石英晶片(4)的上下两端与柔性传力钢片(2)通过垫块(9)固定连接。
4.根据权利要求1或2或3所述的石英谐振式拉力传感器，其特征在于柔性传力钢片(2)形成的菱形结构的左、右两端分别与左、右拉力件(1)焊接。
5.根据权利要求1或2或3所述的柔性结构石英谐振式拉力传感器，其特征在于左、右拉力件(1)均由上片(1-1)和下片(1-2)组成，且上片(1-1)和下片(1-2)之间夹有垫板(8)，柔性传力钢片(2)的左、右两端分别装夹在垫板(8)与左、右拉力件(1)的上片(1-1)和下片(1-2)之间。
专利摘要一种柔性结构石英谐振式拉力传感器,包括壳体、测量用的石英晶片、参考谐振器及其补偿电路、引线和输出电缆,还包括左、右拉力件和柔性传力钢片,柔性传力钢片的两端分别与左、右拉力件固定连接,左、右拉力件之间的柔性传力钢片形成菱形结构,石英晶片位于菱形铁上、下两端之间,且石英晶片的上、下两端分别与柔性传力钢带固定连接。本实用新型加工简单、成本低,而且精度高,同时提高了传感器的稳定性和重复性,减少了蠕变。
文档编号G01L1/10GK2443358SQ00221798
公开日2001年8月15日 申请日期2000年9月14日 优先权日2000年9月14日
发明者张志兴, 朱燕臣 申请人:上海波照实业有限公司, 梅特勒－托利多常州衡器有限公司