柔性平臺組件結構上的機械聯接的力傳感器的製造方法
2023-07-15 10:53:56
柔性平臺組件結構上的機械聯接的力傳感器的製造方法
【專利摘要】本發明涉及柔性平臺組件結構上的機械聯接的力傳感器。具體地，一種力傳感器系統包括基底、蓋、傳感器和球形力傳遞元件。所述蓋聯接到所述基底並且具有內表面、外表面、在所述內表面和外表面之間延伸的開口、以及從所述內表面延伸的壁結構，所述壁結構限定在所述內表面和所述基底之間的傳感器腔體。所述傳感器安裝在所述基底上，布置在所述傳感器腔體內，並且被構造成產生傳感器信號，所述傳感器信號代表提供給所述傳感器的力。所述球形力傳遞元件部分地布置在所述傳感器腔體內，能夠相對於所述蓋移動，從所述蓋內的開口延伸並且接合所述傳感器。所述球形力傳遞元件適於接收輸入力並且被構造成當接收到所述輸入力時將所述輸入力傳遞到所述傳感器。
【專利說明】柔性平臺組件結構上的機械聯接的力傳感器
【技術領域】
[0001]本發明一般地涉及力傳感器，並且更具體地涉及在相對柔性平臺組件結構上實施的機械聯接的力傳感器。
【背景技術】
[0002]力傳感器應用於眾多的系統和環境中。力傳感器的終端用戶要求更好的性能和更小的封裝。具體地，許多終端用戶要求力傳感器在特定的溫度範圍上具有大約I %的總誤差帶。除了增強的性能之外，傳感器價格也是巨大的驅動力。某些終端用戶市場呈現相對嚴峻的成本壓力。歷史上，力傳感器供應商通過兩種單獨的選擇方案來應付這些需求。一種選擇方案是提供未經補償/未經放大的力傳感器，其能夠被製造成相對小的封裝。第二種選擇方案是提供經放大/經補償的力傳感器。然而，後者這些傳感器被製造成相對大的封裝。造成此情況的一個原因在於尚未開發出來能夠在實踐上被經濟地校準的機械聯接的且經放大的解決方案。
[0003]因此，需要一種力傳感器系統，其在相對小的封裝內表現出相對良好的性能並且能夠在實踐上被經濟地校準。本發明至少解決了這些需求。
【發明內容】
[0004]在一個實施例中，一種力傳感器系統包括基底、蓋、傳感器和球形力傳遞兀件。所述蓋聯接到所述基底並且具有內表面、外表面以及在所述內表面和外表面之間延伸的開口。壁結構從所述內表面延伸，所述壁結構限定在所述內表面和所述基底之間的傳感器腔體。所述傳感器安裝在所述基底上並且布置在所述傳感器腔體內。所述傳感器被構造成產生傳感器信號，所述傳感器信號代表提供給所述傳感器的力。所述球形力傳遞元件部分地布置在所述傳感器腔體內並且能夠相對於所述蓋移動。所述球形力傳遞元件從所述蓋內的開口延伸並且接合所述傳感器。所述球形力傳遞元件適於接收輸入力並且被構造成當接收到所述輸入力時將所述輸入力傳遞到所述傳感器。
[0005]在另一實施例中，一種力傳感器系統包括基底、蓋、傳感器、處理器、承載元件和力傳遞元件。所述基底包括第一側和第二側。所述蓋聯接到所述基底的第一側並且具有內表面、外表面以及在所述內表面和外表面之間延伸的開口。壁結構從所述內表面延伸，所述壁結構限定在所述內表面和所述基底之間的傳感器腔體和處理器腔體。所述傳感器安裝在所述基底的第一側上並且布置在所述傳感器腔體內。所述傳感器被構造成產生傳感器信號，所述傳感器信號代表提供給所述傳感器的力。所述處理器安裝在所述基底的第一側上並且布置在所述處理器腔體內。所述處理器被聯接成接收所述傳感器信號並且被構造成當其接收時提供力傳感器輸出信號。所述承載元件聯接到所述基底的第二側並且被構造成限制傳遞到所述基底的力。所述力傳遞元件部分地布置在所述傳感器腔體內並且能夠相對於所述蓋移動。所述力傳遞元件從所述蓋內的開口延伸並且接合所述傳感器。所述力傳遞元件適於接收輸入力並且被構造成當接收到所述輸入力時將所述輸入力傳遞到所述傳感器。[0006]仍然在另一個實施例中，一種力傳感器系統包括基底、蓋、傳感器、承載元件和力傳遞元件。所述基底包括第一側、第二側以及形成在所述第一側中的多個蓋對準開口。所述蓋聯接到所述基底的第一側並且具有內表面、外表面以及在所述內表面和外表面之間延伸的開口。壁結構從所述內表面延伸，所述壁結構限定在所述內表面和所述基底之間的傳感器腔體。所述蓋還包括多個蓋對準銷，每個蓋對準銷布置在所述蓋對準開口中的一個內。所述傳感器安裝在所述基底的第一側上並且布置在所述傳感器腔體內。所述傳感器被構造成產生傳感器信號，所述傳感器信號代表提供給所述傳感器的力。所述承載元件聯接到所述基底的第二側並且被構造成限制傳遞到所述基底的力。所述力傳遞元件部分地布置在所述傳感器腔體內並且能夠相對於所述蓋移動。所述力傳遞元件從所述蓋內的開口延伸並且接合所述傳感器。所述力傳遞元件適於接收輸入力並且被構造成當接收到所述輸入力時將所述輸入力傳遞到所述傳感器。
[0007]此外，從接下來的詳細說明和所附權利要求並結合附圖和前面的【背景技術】，所述力傳感器系統的其他期望特徵和特性將變得明顯。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0008]下面將結合附圖描述本發明，在附圖中，相同的附圖標記表示相同的元件，並且在附圖中:
[0009]圖1不出了力傳感器系統的一個實施例的剖面圖；
[0010]圖2示出了圖1的力傳感器系統的平面圖，蓋被去除；
[0011]圖3和4示出了圖1的力傳感器系統的平面圖；
[0012]圖5和6示出了用於實施圖1、3和4的力傳感器系統的蓋的一個實施例的平面圖；以及
[0013]圖7示出了圖1、3和4的力傳感器系統的一部分的特寫剖面圖。
【具體實施方式】
[0014]下面的詳細描述本質上僅僅是示例性的，並且不試圖限制本發明或本發明的應用和用途。如本文所使用的，詞語「示例性的」指的是「作為實例，例子或者例證」，因此本文描述為「示例性」的實施例不一定被理解為相對於其他實施例是優選的或有利的。本文描述的所有實施例都是示例性實施例，提供給本領域技術人員以製作或者使用本發明，並且不限制本發明的範圍，本發明的範圍由權利要求限定。此外，沒有意圖通過前面的【技術領域】、【背景技術】、
【發明內容】
或下面的詳細描述中出現的任何明示或暗示理論來加以約束。
[0015]圖1-4示出了力傳感器系統100的實施例，其包括基底102、蓋104、傳感器106、力傳遞元件108以及處理器112。基底102包括第一側114和第二側116，並且可由多種材料中的任何一種形成，例如陶瓷。無論結構的材料如何，基底102另外還包括多個輸出連接銷118，其可以用於將力傳感器系統100連接到外部設備或系統。基底102還可具有適當的電路跡線或者其他適當的裝置，用於將傳感器106和處理器108相互之間電耦接並且耦接到輸出連接銷118。儘管所示基底102被構造為雙列直插式封裝(DIP)，這僅僅是示例性的。在替代實施例中，基底102可以被構造為單列直插式封裝(SIP)或者表面貼裝技術(SMT)設備。[0016]如圖2中最清晰地表示的，基底另外還包括多個蓋對準開口 202(202-1、202_2、202-3)。儘管所示實施例包括三個蓋對準開口 202，但可以理解的是基底102可以被實施為具有多於或少於這個數字的開口。蓋對準開口 202可以部分地或者全部穿過基底102延伸，並且被構造成接收形成於蓋104上的蓋對準銷602(602-1、602-2、602-3)(參見圖6)。如蓋對準開口 202的情況那樣，儘管所示實施例包括三個蓋對準銷602，但可以理解的是蓋104可以被實施為具有多於或少於這個數字的銷。
[0017]圖5和6示出了蓋104的平面圖，蓋104聯接到基底102並且具有內表面604、外表面606、開口 608以及壁結構612。開口 608在內表面604和外表面606之間延伸。壁結構612從內表面604延伸，並且如在圖1中最佳表示出的，限定在內表面604和基底102之間的兩個腔體-傳感器腔體614和處理器腔體616。在所示實施例中，傳感器腔體614通常為圓筒形，並且其高度大於通常為長方形的處理器腔體616的高度。如果需要或者期望，這些形狀和相對高度可以與實施例中的不同。而且，在某些實施例中，蓋104可被實施為沒有處理器腔體616。
[0018]在進一步介紹之前，請注意，由於蓋104是分立元件而不是如某些傳感器系統中那樣是集成元件，所以如果需要或者期望的話可以以相對低的成本改變蓋104的特定構造，因為僅僅會改變蓋104的構造。然而，力傳感器系統100的剩餘部分不會受到影響。這樣提供的優勢在於保持改換成本相對低同時仍然能夠相對快速和簡便的實施。
[0019]繼續參考圖1，可以看到傳感器106安裝在基底102上，並且布置在傳感器腔體614內。傳感器106可以通過軟焊或者其他適當的方式安裝在基底102上，但是優選地通過粘合劑122安裝在其上。所示傳感器106包括安裝部分124和隔膜126。安裝部分124用於將傳感器106安裝到基底102。隔膜126形成於安裝部分124內，並且一個或多個感測元件形成在隔膜126上，感測隔膜126的變形。感測元件可以是壓敏電阻、應變計或者眾多其他已知設備中的一種。不管其具體的實施，傳感器106被構造成產生傳感器信號，該傳感器信號代表提供給傳感器的力。
[0020]可以採用多種方式構造和實施力傳遞元件108，但是在所示實施例中其形狀為球形。力傳遞元件108部分地布置在傳感器腔體614內，並且能夠相對於蓋104移動。更具體地，力傳遞元件108從蓋104內的開口 608延伸並且接合傳感器106，更具體地接合隔膜126。力傳遞元件108適於接收輸入力並且構造成在接收到輸入力時將輸入力傳遞到傳感器 106。
[0021]前面提到基底102包括多個蓋對準開口 202，並且蓋104包括多個蓋對準銷602。布置蓋對準開口 202和蓋對準銷602布置成提供力傳遞元件108到傳感器106的適當對準。可以理解的是，可以在將蓋104聯接到基底102之前安裝力傳遞元件108，或者可以在將蓋104聯接到基底102之後將力傳遞元件108壓配合到開口 608內。
[0022]處理器112安裝在基底102上並且布置在處理器腔體616內。與傳感器106類似，處理器112可以通過軟焊或者其他適當的方式安裝在基底102上，但也是優選地通過粘結齊[J122安裝在其上。處理器112可實施為專用集成電路(ASIC)、微處理器或者微控制器，這僅僅列舉了少數幾種。不管怎樣，處理器112被聯接成接收由傳感器106提供的傳感器信號，並且被構造成當其接收時提供力傳感器輸出信號。
[0023]如圖1和4中最清楚示出的，力傳感器系統100另外還可包括承載元件128。如果包括的話，承載元件128聯接到基底102的第二側116並且被構造成限制可能傳遞到基底102的任何力。具體地，當力傳感器系統100連接到未示出的外部系統或設備時，承載元件128會將負載集中到外部系統或設備中，所述負載來自被施加到力傳感器系統100的力。這樣將會防止或者至少顯著降低過載從而潛在破壞基底102或者損壞終端的可能性。
[0024]現在參考圖7，在所示實施例中，蓋104的外表面(更具體地，布置在傳感器腔體614上方的蓋104的外表面)被構造成包括密封表面702。密封表面702適於接收校準壓力源(未示出)，校準壓力源允許對力傳感器系統100進行校準。更具體地，校準壓力源可用於在不同溫度上致動傳感器106。此後，可在室溫下檢查和確認偏置和跨度。前面已經指出可以在將蓋104聯接到基底102之前安裝力傳遞元件108或者可以在將蓋104聯接到基底102之後將力傳遞元件108壓配合到開口 608內。在這點上，請注意，可以在力傳感器系統100被校準之後將力傳遞元件108壓配合到開口 608內。
[0025]本領域技術人員將會意識到結合本文公開的實施例所描述的各種示例性邏輯塊、模塊、電路以及算法步驟可以被實施為電子硬體、計算機軟體或者兩者的組合。上述某些實施例和實施方式採用功能性和/或邏輯塊部件(或模塊)和各種處理步驟的方式。然而應當理解的是，這些塊部件(或模塊)可以採用被構造成執行特定功能的任意數量的硬體、軟體和/或固件部件實現。為了清晰的說明該硬體和軟體的可互換性，如上一般地採用它們功能的方式說明不同示例性部件、塊、模塊、電路和步驟。該功能是實施為硬體還是軟體取決於整個系統上所附加的特定應用和設計限制。本領域技術人員可以採用不同方式針對每個特定應用實施所述功能，但是這種實施決策不應當被解釋為導致與本發明範圍的偏離。例如，系統或部件的實施例可採用各種集成電路部件，例如存儲元件、數位訊號處理元件、邏輯元件、查詢表等，其可在一個或多個微處理器或者其他控制設備的控制下執行多種功能。另外，本領域技術人員應當理解本文描述的實施例僅僅為示例性的實施方式。
[0026]與本文公開的實施方式一起描述的不同示例性邏輯塊、模塊以及電路可以採用被設計成執行本文所述功能的通用處理器、數位訊號處理器(DSP)、專用集成電路(ASIC)JI場可編程門陣列(FPGA)或者其他可編程邏輯設備、離散門或者電晶體邏輯、離散硬體元件或者它們的任意組合來實現或者工作。通用處理器可為微處理器，但是在替代方式中，該處理器可以是任何常規的處理器、控制器、微處理器或者狀態機。還可以將處理器實施為計算設備的組合，例如，DSP和微處理器的組合、多個微處理器、結合有DSP核芯的一臺或者多臺微處理器或者任何其它此類構造。
[0027]與本文公開的實施例一起描述的方法或者算法步驟可以直接包含在硬體內、由處理器執行的軟體模塊內、或者兩者的組合。軟體模塊可以位於RAM存儲器、快閃記憶體、ROM存儲器、EPROM存儲器、EEPROM存儲器、寄存器、硬碟、可移動磁碟、CD-ROM或者任何其它形式的現有技術已知的存儲介質中。示例性存儲介質聯接到處理器，使得處理器能夠從存儲介質讀取信息或者向其中寫入信息。在替代方式中，存儲介質可集成到處理器中。處理器和存儲介質可以位於ASIC中。ASIC可位於用戶終端中。在替代方式中，處理器和存儲介質可作為離散元件位於用戶終端中。
[0028]該本文件中，相關性術語(例如第一和第二等)僅僅用於將一個實體或者動作與其它實體或動作區分開來，而不一定要求或者暗示這些實體或動作之間的任何實際的此類關係或者次序。數字序數詞(例如「第一」、「第二」、「第三」等)僅僅表示多個中的不同個體，而不是暗示任何順序或次序，除非由權利要求的語言特別限定。任何權利要求中的文字次序並不暗示過程步驟必須採用根據該次序的時間或邏輯順序來執行，除非由權利要求的語言特別限定。在不偏離本發明範圍的情況下，過程步驟是可以以任意順序互換，只要這樣的互換不與權利要求的語言相牴觸並且邏輯上也不是沒有意義的。
[0029]此外，根據上下文，用於描述不同元件之間關係的詞語(例如「連接」或者「聯接到」)不暗示這些元件之間必須進行直接的物理連接。例如，兩個元件互相之間可以採用物理、電學、邏輯或者其他任何方式、通過一個或多個其他元件進行連接。
[0030]雖然在本發明前面的詳細描述中已經給出了至少一個示例性實施例，但是應當意識到仍然存在數量眾多的變化形式。還應當意識到的是，一個或多個示例性實施例並不旨在以任何方式對本發明的範圍、應用領域或構造進行限制。相反，前面的詳細描述將會向本領域技術人員提供用於實施本發明的示例性實施例的方便的路徑圖。應當理解，在不偏離如所附權利要求闡述的本發明範圍的情況下，可對示例性實施例中所描述的元件的功能和布置結構進行各種改變。
【權利要求】
1.一種力傳感器系統，包括: 基底； 蓋，所述蓋聯接到所述基底，所述蓋具有內表面、外表面、在所述內表面和外表面之間延伸的開口、以及從所述內表面延伸的壁結構，所述壁結構限定在所述內表面和所述基底之間的傳感器腔體； 傳感器，所述傳感器安裝在所述基底上並且布置在所述傳感器腔體內，所述傳感器被構造成產生傳感器信號，所述傳感器信號代表提供給所述傳感器的力；以及 球形力傳遞元件，所述球形力傳遞元件部分地布置在所述傳感器腔體內並且能夠相對於所述蓋移動，所述球形力傳遞元件從所述蓋內的開口延伸並且接合所述傳感器，所述球形力傳遞元件適於接收輸入力並且被構造成當接收到所述輸入力時將所述輸入力傳遞到所述傳感器。
2.根據權利要求1所述的力傳感器系統，其中: 所述壁結構進一步限定在所述內表面和所述基底之間的處理器腔體；並且 所述力傳感器系統進一步包括處理器，所述處理器安裝在所述基底上並且布置在所述傳感器腔體內，所述處理器被聯接成接收所述傳感器信號並且被構造成當其接收時提供力傳感器輸出信號。
3.根據權利要求1所述的力傳感器系統，進一步包括粘合劑，所述粘合劑布置在所述基底和所述傳感器之間以將所述傳感器粘結到所述基底。
4.根據權利要求2所述的力傳感器系統，進一步包括粘合劑，所述粘合劑布置在所述基底和所述處理器之間以將所述處理器粘結到所述基底。
5.根據權利要求1所述的力傳感器系統，其中，所述蓋的外表面包括密封表面，所述密封表面適於接收校準壓力源。
6.根據權利要求1所述的力傳感器系統，其中: 所述基底包括多個蓋對準開口 ；並且 所述蓋包括多個蓋對準銷，每個蓋對準銷布置在所述蓋對準開口中的一個內。
7.根據權利要求6所述的力傳感器系統，其中，所述蓋對準開口和所述蓋對準銷被布置成提供所述球形力傳遞元件到所述傳感器的適當對準。
8.根據權利要求1所述的力傳感器系統，其中: 所述基底包括第一側和第二側； 所述蓋、所述傳感器和所述處理器聯接到所述第一側；並且 所述力傳感器系統進一步包括承載元件，所述承載元件聯接到所述第二側並且被構造成限制傳遞到所述基底的力。
【文檔編號】G01L5/00GK103698067SQ201310532395
【公開日】2014年4月2日 申請日期:2013年9月26日 優先權日:2012年9月27日
【發明者】R·沃德, I·本特利, M·A·J·卡西米 申請人:霍尼韋爾國際公司