应力检测数字传感器制造技术

本实用新型专利技术涉及一种应力检测数字传感器，包括电阻式应变计、测量芯片、电源模块，电阻式应变计包括受力区、量测电路板、应变片；受力区和量测电路板连接，受力区和量测电路板连接处两侧还设有受力应力槽，应变片设置在两侧的受力应力槽之间。本实用新型专利技术的电阻式应变计整体采用PCB玻纤制成，PCB板自身作为弹性体，减少人工组装工序、降低生产成本、提升产品质量、提升生产效率。

【技术实现步骤摘要】
应力检测数字传感器
本技术涉及传感器领域，具体涉及一种应力检测数字传感器。
技术介绍
现有技术中通常是通过测量风机运转速度来测量空调、空气净化器、新风系统等风机运转出风口的风力，进而判断风口的滤网是否干净或堵塞，或者风机是否老化、损坏。目前市场上的风压测量模块基本上都只应用位移传感器和压力传感器。采用位移传感器的风压测量模块存在以下缺陷：一、若采用电磁式位移传感器，电磁式位移传感器需要以交流正弦波进行供电，且其输出端也需要设置整流滤波电路，设计复杂；若采用的是电阻式位移传感器，电阻式位移传感器的使用寿命短，不能长时间使用，使用成本高；三、位移传感器都是将位置的变化量转换为电信号进行输出，只要有位置变化，在长期使用下传感器上会积累灰尘，从而影响其检测的准确性；四、传感器成本偏高；五、电路设计成本高。采用压力传感器的风压测量模块存在以下缺陷：一、压力传感器一般分为扩散硅压力传感器和陶瓷电容压力传感器，这两种压力传感器对使用环境要去较高，在粉尘环境下存在失效的可能；二、扩散硅压传感器一般都由半导体制成，体积小，压力检测孔也小，很容易被灰尘堵住从而使传感器失效；三、陶瓷电容压力传感器和扩散硅压传感器都是利用传感器上的薄膜去感应风压，一旦薄膜上有积尘后就会很容易影响到测量的准确性；四、传感器成本偏高；五、电路设计成本高。为了解决上述技术问题，本专利申请人申请了申请号为201821398554.1的技术专利，该申请公开了一种风力风压测量装置，该装置安装在风机出风口，该装置包括电阻式应变计、测量芯片以及为电阻式应变计和测量芯片供电的电源模块，电阻式应变计由回复式弹性体和至少一个的应变片构成，应变片将回复式弹性体的形变量转换成电压信号并传输给测量芯片，测量芯片对接收到的信号进行处理，计算出风口的风压值。该专利中的风力风压测量装置的回复式弹性体采用铝金属一体加工而成，一方面成本较高，另外一方面金属的硬度相对较高，导致风力风压测量装置的灵敏度相对较低。
技术实现思路
为了解决上述技术问题，本技术提供了一种应力检测数字传感器，一方面降低了生产成本和加工难度，另外一方面提升了灵敏度，本技术的技术目的是通过以下技术方案实现的：一种应力检测数字传感器，包括电阻式应变计、测量芯片、电源模块，电源模块为电阻式应变计和测量芯片供电，电阻式应变计包括受力区、量测电路板、应变片；受力区和量测电路板连接，受力区和量测电路板连接处两侧还设有受力应力槽，应变片设置在两侧的受力应力槽之间。进一步地，量测电路板和应变片之间还设有应变片电阻组桥区，受力应力槽设置在应变片电阻组桥区和受力区之间；应变片电阻组桥区和量测电路板之间还设有隔力槽。进一步地，测量芯片包括差分输入模数转换模块、MCU、存储单元、串口和PWM芯片，差分输入模数转换模块接收应变片传输的电压信号并将该信号转换为数字信号传输给MCU，MCU对接收到的信号进行处理得到压力值，MCU将处理后的压力值数据存储到存储单元的同时，通过串口或经PWM芯片脉冲调制后传输至接收端。进一步地，测量芯片还包括数字模拟转换器，用以从外界获取修正电压，并将该修正电压传输给差分输入模数转换模块，作为差分输入模数转换模块新的参考电压。进一步地，串口包括RS485接口、RS422接口和RS232接口。进一步地，量测电路板、应变片组桥区和受力区采用PCB玻纤材质一体加工而成。进一步地，应变片为具有两个应变电阻的半桥电路的应变片或者一个应变电阻的单臂电桥电路的应变片。本技术的有益效果在于：(1)电阻式应变计整体采用PCB玻纤制成，PCB板自身作为弹性体；相比之前的铝回复式弹性体和PCBA模组配合，可大量减少人工组装工序，并将生产成本降低，由于人工组装工序的减少，产品的质量和一致性也得以提升，提升了生产效率；(2)隔力槽的设置，减少了来自量测电路板端的外力干扰，将来自量测电路板端的外力干扰与应变片电阻桥区隔断减弱，提升了测量的精准度；(3)由于应变电阻阻值大小需要进行研磨加工，以四个应变电阻为例，要使得四个应变电阻形成平衡桥，则加工难度较大，减少了应变电阻的使用，降低了加工难度。附图说明图1是本技术中的电阻式应变计结构示意图。图2是本技术中的另外一种电阻式应变计结构示意图。图3是本技术的电路原理图。图4是本技术测量芯片的原理框图。图中，1、受力区；2、量测电路板；3、应变片；4、受力应力槽；5、应变片电阻组桥区；6、隔力槽。具体实施方式下面结合具体实施方式对本技术的技术方案进行进一步描述：一种应力检测数字传感器，如图1、3和4所示，包括电阻式应变计、测量芯片、电源模块，电源模块为电阻式应变计和测量芯片供电；电阻式应变计包括受力区1、量测电路板2、应变片3，受力区1和量测电路板2采用PCB玻纤材质一体加工而成，在受力区1和量测电路板2连接处设有受力应力槽4，应变片3固定在两侧的受力应力槽4中间，应变片3将受力应力槽4之间的形变量转换为与其呈线形关系的电压信号，并将该电压信号传输给测量芯片，电阻式应变计的信号输出端与测量芯片的信号输入端相连；应变片3为具有两个应变电阻的半桥电路的应变片或者一个应变电阻的单臂电桥电路的应变片。测量芯片包括差分输入模数转换模块(ADC)、MCU、存储单元(EEPROM)、串口(Interface)和PWM芯片,差分输入模数转换模块的信号输入端与电阻式应变计的信号输出端相连，信号输出端与MCU的信号输入端相连，MCU的信号输出端分别与存储单元、串口和PWM芯片相连。MCU内存储有根据力学原理设定的程序，根据该程序可对接收到的数字信号进行处理，从而计算出压力值大小。当测量芯片接收到应变片的电压信号后，其内部具体的数据传输过程为：差分输入模数转换模块接收应变片传输的电压信号并将该信号转换为数字信号，然后将该数字信号传输给MCU，MCU对接收到的信号进行处理，计算受力区的压力值大小，MCU将处理后的压力值数据存储到存储单元的同时，通过串口(RS485接口、RS422接口或RS232接口)将该数字信号传输给接收端，或MCU将处理后的压力值数据传输给PWM芯片，PWM芯片对该信号进行脉冲调制，然后输出4-20mA、0-100mA的模拟输出量。测量芯片还包括数字模拟转换器(DAC)，用以从外界获取修正电压，并将该修正电压传输给差分输入模数转换模块，作为差分输入模数转换模块新的参考电压。另外一种实施方式，如图2所示，其与前一种实施方式的区别在于，电阻式应变计包括受力区1、量测电路板2、应变片3、应变片电阻组桥区5，受力区1、量测电路板2、应变片3和应变片电阻组桥区5采用PCB玻纤材质一体加工而成，在受力区1和应变片电阻组桥区5连接处设有受力应力槽4，应变片3固定在两侧的受力应力槽4中间，应变片电阻组桥区5和量测电路板2之间还设有隔力槽6，隔力槽6设置在应变片本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种应力检测数字传感器，包括电阻式应变计、测量芯片、电源模块，所述电源模块为电阻式应变计和测量芯片供电，其特征在于，所述电阻式应变计包括受力区、量测电路板、应变片；所述受力区和量测电路板连接，所述受力区和量测电路板连接处两侧还设有受力应力槽，所述应变片设置在两侧的受力应力槽之间。/n

【技术特征摘要】
1.一种应力检测数字传感器，包括电阻式应变计、测量芯片、电源模块，所述电源模块为电阻式应变计和测量芯片供电，其特征在于，所述电阻式应变计包括受力区、量测电路板、应变片；所述受力区和量测电路板连接，所述受力区和量测电路板连接处两侧还设有受力应力槽，所述应变片设置在两侧的受力应力槽之间。


2.根据权利要求1所述的一种应力检测数字传感器，其特征在于，所述量测电路板和应变片之间还设有应变片电阻组桥区，所述受力应力槽设置在应变片电阻组桥区和受力区之间；所述应变片电阻组桥区和量测电路板之间还设有隔力槽。


3.根据权利要求1所述的一种应力检测数字传感器，其特征在于，所述测量芯片包括差分输入模数转换模块、MCU、存储单元、串口和PWM芯片，所述差分输入模数转换模块接收应变片传输的电压信号并将该信号转换为数字信号传输给MCU，MCU对接收到的信号进行处理得...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨宝阳，
申请(专利权)人：健芳电子科技上海有限公司，
类型：新型
国别省市：上海;31