多区电容式力传感器件与方法技术

公开了一种多区电容式力传感装置／方法。在一个实施例中，装置包括：一个或多个电容器，每个电容器具有上导电表面和与该上导电表面基本平行的下导电表面；外壳，所述外壳具有顶板和底板以包围电容器；以及外壳中的传感器，当与所述多个电容器中的每个相关联的顶板的接触区在施加在该接触区上的力的作用下变形时，该传感器基于每个电容器的上导电表面和下导电表面之间的距离改变而产生测量结果。该装置还可以包括与传感器相关联的比较模块，以在电容器的测量结果之间存在显著差异的时候产生指示施加在顶板上的力的不均匀度。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术一般地涉及测量器件的
，并且在一个实施例中，涉及一 种多区电容式力传感装置和方法。
技术介绍
测力器可以用来量测施加在该测力器上的力(例如，负栽)，并且可以 生成与该力相关联的单个测量结果。例如，测力器可以放在被测(例如，称 重)物体的下方来测量该物体施加到测力器上的力。然而，由测力器生成的单个测量结果可能不足以确定物体的水平度 (levelness)。为测量物体的水平度会需要多个测力器(例如，至少两个)。 例如，施加在四个测力器上(举例来说，四个测力器可以对称》文置和/或有 策略地放置)的负载在由这四个测力器生成的测量结果没有指示它们之间显 著差别时，可以被确定是均匀的(例如，平衡的)。在该示例中，使用四个 测力器测量负载的平衡会产生额外的花费以获取(例如，购买、租赁等)四 个测力器。此外，可能需要更多的附属设备(例如，电缆、数据处理系统、 通信器件等)来读取、处理、分析和/或生成四个测力器的测量结果。此外，与测量结果相关联的处理会在技术上存在更大的挑战，因为使用 多个测力器的使用者可能必须协调获取(例如，收集、传送、读取、比较、 分析等)多个测力器的测量结果的过程。因此，可能额外需要复杂的算法(例 如，软件和/或硬件)来执行该获取过程。而且，多个测力器的测量结果会 更容易出错，因为获取测量结果的多个测力器中的每一个都具有由于自身原因和/或其他外围器件原因而产生的误差。此外，可能需要更大的空间(例 如，用于多个测力器)以在测量发生之前放置多个测力器。
技术实现思路
公开了一种多区电容式力传感装置/方法。在一个方面，装置包括一 个或多个电容器，每个电容器具有上导电表面和与该上导电表面基本平行的 下导电表面；外壳，所述外壳具有顶板和底板以包围电容器；以及外壳中的 传感器，当与每个电容器相关联的顶板的接触区在施加在该接触区上的力的距离改变而产生测量结果。例如，外壳中的三个电容器可以形成三区传感器， 从而产生与所述三个电容器中的一个或多个相关联的测量结果。该装置还可 以包括在外壳中的基准电容器，基准电容器具有上基准表面和下基准表面， 用来基于环境条件(例如，湿度、温度等)补偿测量结果误差。该装置还可以包括 一个或多个接触区腔(例如，深度近似1/2000英 寸)，所述接触区腔被创建在所述顶板的底面上，以在每个接触区腔上形成 上导电表面；以及/或者一个或多个底腔(例如，深度近似1/2000英寸)， 所述底腔被创建在所述底板的顶面上，以在每个底腔上形成下基准表面。此 外，装置还可以包括单个印刷电路板(PCB)，以容纳传感器和/或与传感 器相关联的一个或多个电路并且提供每个电容器的下导电表面和基准电容 器的上基准表面。此外，该装置还可以包括与传感器相关联的比较模块，当在多个电容器 的测量结果之间存在显著差别(例如，其可以是使用者提供的阈值)时，所 述比较模块产生指示施加在顶板上的力的不均匀度的信号数据。该装置还可 以包括与所述传感器相关联的报警模块，当所述信号数据的参数超出阈值 的时候，所述报警模块发出可感知数据；与传感器相关联的聚集模块，聚集 模块加总每个电容器的测量结果；与传感器相关联的电容-频率转换模块， 电容-频率转换模块将测量结果转换为频率值；以及/或者与传感器相关联 的通信模块和数据处理模块，用于与通信器件连接。在另一方面， 一种方法包括当负载被施加到包围一个或多个电容器的 外壳的顶板上时，在与所述外壳的顶板相连接的每个接触区中产生变形，其中所述一个或多个电容器中的每个电容器具有两个平行的导电表面；以及当 每个电容器的两个平行导电表面之间的距离由于每个接触区中的变形而改 变时，从每个电容器自动产生电容数据。该方法还可以包括将电容数据按比 例转换为频率数据(例如，频率数据可以被调制到高值)，比较电容数据以 确定施加到外壳的顶板上的负载的水平度，以及/或者当电容数据在多个电 容器之间不基本上相等的时候，产生^t艮警声音该方法还可以包括当 一个或多个力被施加到接触区上的时候，使用具有 一个或多个电容器的传感器测量所述一个或多个力，修改外壳的一个或多个 属性以改变接触区的变形特性，以及/或者在顶板的与每个接触区相对的底 面上创建腔，以形成所述两个平行导电表面中的上导电表面。该方法可以以包含一组指令的机器可读介质的形式执行，所述指令组在 被机器执行时，使得机器执行这里公开的任意操作。通过下面的附图和详细 说明，其它特征将变得明显。附图说明通过示例图示了示例性实施例，并且这些示例性实施例不受附图中的图 形限制。在附图中类似的标号表示相似的元件，其中图1是根据一个实施例的具有至少一个传感电容器和基准电容器的多 区电容式测力器的三维;f见图。图2是根据一个实施例的图1的顶板的底面的三维视图。图3A和3B是才艮据一个实施例的紧固件和位于图4的底腔上的PCB的 分解^L图。图4是根据一个实施例的具有下基准表面的底板的三维视图。 图5A-C是根据一个实施例的具有多个传感电容器和基准电容器的图1 的多区电容式测力器的横截面视图。图6是根据一个实施例的多区电容式测力器的联网视图。 图7是根据一个实施例的测量力的过程视图。图8A和8B分别是根据一个实施例的具有装配件的搬运车(truck)的 三维视图以及该装配件的分解视图。图9是根据一个实施例确定施加到图1的多区电容式测力器上的负栽的水平度的流程图。图IO是根据一个实施例搡纵图1的多区电容式测力器的测量特性的流程图。现有实施例的其他特征通过附图和下面的详细说明而变得明显。 具体实施例方式这里公开了一种多区电容式力传感装置/方法。在下面的说明中，出于 解释的目的，阐述了众多具体细节以便提供对多个实施例的充分理解。然而， 对本领域技术人员来说4艮明显，多个实施例可以在没有这些具体细节的情况下实施。在示例性实施例中，装置包括多个电容器，每个电容器具有上导 电表面和与该上导电表面基本平行的下导电表面；外壳(例如，包括圓柱体 在内的多种形状)，所述外壳具有顶板和底板以包围电容器；以及外壳中的 传感器，当顶板的接触区在施加在该接触区上的力的作用下变形时，该传感 器基于每个电容器的上导电表面和下导电表面之间的距离改变而产生测量 结果(例如，电容、电压和/或频率)。基准电容器可以用来基于一个或多 个环境条件来调整测量结果。此外，在另一实施例中，方法包括当负栽被施加到包围多个电容器的 外壳的顶板上时，在结合于外壳顶板的多个接触区的每个上产生变形，其中 所述多个电容器中的每个电容器具有两个平行的导电表面；以及当所述多个 电容器中的每个电容器的两个平行导电表面之间的距离由于所述多个接触 区的每个接触区中的变形而被改变时，从所述多个电容器中的每个电容器自 动生成电容数据。而且，该方法可以表现为包含一组指令的机器可读介质的 形式，该组指令当被机器执行时，使机器执行这里公开的任何方法。下面描 述的方法和装置的示例性实施例可以用来提供高精度、低成本和长寿命的测 力器(例如，负载传感器、压力传感器等)。将认识到这里讨论的多个实施 例可以成为也可以不成为相同的实施例，并且可以被组合为并非这里明确公 开的多个其他实施例。图1是根据一个实施例的具有至少一个传感电容器(例如，包括图2的 上导电表面本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种装置，包括：　多个电容器，每个电容器具有上导电表面和与所述上导电表面基本平行的下导电表面；　外壳，所述外壳具有顶板和底板以包围所述多个电容器；以及　所述外壳中的传感器，当与所述多个电容器中的每个电容器相关联的顶板的接触 区在施加到所述接触区上的力作用下变形时，所述传感器基于所述多个电容器中的每个电容器的上导电表面和下导电表面之间的距离改变而产生测量结果。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：迪夫亚西姆哈哈里什，威廉达伦巴赫，金王，约翰舒尔兹，
申请(专利权)人：北极星传感器公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]