电容式力传感器、检测设备所承受外力的测量方法技术

本申请实施例提供一种电容式力传感器，以及利用电容式力传感器检测设备所承受外力的测量方法。涉及力传感器技术领域。主要用于提供一种提升测量灵敏度的电容式力传感器。该电容式力传感器包括：相对的第一电极板和第二电极板，第一电极板和第二电极板中的一个与弹性体固定连接，弹性体带动与其固定连接的电极板相对另一个电极板平动和转动；还有，第一电极板上设置有交替排布的多个第一电极和多个第二电极，第二电极板上设置有用于与多个第一电极和多个第二电极构成电容器的多个第三电极。本申请给出的电容器不仅是一种面积变化型电容器，还是一种间距变化型电容器，通过设置多个相并联的可变电容，以提升面积变化量，提升灵敏度。灵敏度。灵敏度。

【技术实现步骤摘要】
电容式力传感器、检测设备所承受外力的测量方法


[0001]本申请实施例涉及力传感器
，尤其涉及一种基于电容变化的、多维力的电容式力传感器，以及采用电容式力传感器检测设备所承受外力的测量方法。

技术介绍

[0002]多维力传感器能够实现空间力和力矩的测量，被广泛应用在机器人、航空航天、机械加工、汽车制造以及多自由度精密组装等领域中。其中，基于电容变化的多维力传感器因为同时兼顾不易受温度影响、精度和分辨率高、属于非接触测量等特点，从而被广泛采用。
[0003]基于电容变化的多维力传感器一般有三种方式，分别为面积变化型、间距变化型和介电常数变化型。目前，常采用的是基于面积变化以及间距变化原理而制得的多维力传感器。
[0004]图1示出了电容式多维力传感器的原理结构图，具体的工作原理包括：当有外力作用在该电容式多维力传感器时，弹性体03的形变带动动电极板02产生位移，该位移引起定电极板01和动电极板02之间的有效面积S和间距d中的至少一个参数发生变化，当有效面积S和间距d中的至少一个参数发生变化时，会引起电容变化，通过测量电容变化本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电容式力传感器，其特征在于，包括：第一电极板；第二电极板，与所述第一电极板相对设置，且所述第一电极板和第二电极板之间具有间距，所述第一电极板和所述第二电极板中的其中一个为定电极板，另一个为动电极板；弹性体，与所述动电极板固定连接，所述弹性体能够带动所述动电极板相对所述定电极板沿平行所述定电极板的方向和垂直所述定电极板的方向移动，以及能够带动所述动电极板相对所述定电极板沿平行所述定电极板的轴线和垂直所述定电极板的轴线转动；至少一个电极组，任一所述电极组包括：多个相互电连接的第一电极、多个相互电连接的第二电极和多个相互电连接的第三电极；所述第一电极板的相对所述第二电极板的面上设置有多个所述第一电极和多个所述第二电极，且多个所述第一电极和多个所述第二电极依次交替排布；所述第二电极板的相对所述第一电极板的面上设置有多个所述第三电极；所述第一电极、所述第三电极和所述第二电极错位设置，任一所述第三电极与其相邻的所述第一电极和所述第二电极形成耦合结构，并且任一所述第一电极和任一所述第二电极属于一个独立的耦合结构，所述动电极板相对所述定电极板运动时，多个所述第一电极和多个所述第三电极形成第一电容器，多个所述第二电极和多个所述第三电极形成第二电容器。2.根据权利要求1所述的电容式力传感器，其特征在于，沿多个所述第一电极和多个所述第二电极的排布方向，任一所述第一电极和任一所述第二电极的宽度均为W1，每相邻的所述第一电极和所述第二电极的宽度为W2，且任一所述第三电极的宽度为W，每相邻两个所述第三电极之间的宽度为W，其中，W＝W1+W2。3.根据权利要求1或2所述的电容式力传感器，其特征在于，所述至少一个电极组包括第一电极组；在所述第一电极组中，多个所述第一电极和多个所述第二电极沿平行于所述第一电极板的第一方向呈直线形排布；或者，在所述第一电极组中，多个所述第一电极和多个所述第二电极沿所述第一电极板的周向呈弧形排布。4.根据权利要求3所述的电容式力传感器，其特征在于，所述第一电极和所述第二电极在所述第二电极板上的正投影，在与多个所述第一电极和多个所述第二电极排布方向相垂直的方向上覆盖所述第三电极；或者，所述第三电极在所述第一电极板上的正投影，在与多个所述第一电极和多个所述第二电极排布方向相垂直的方向上覆盖所述第一电极和所述第二电极。5.根据权利要求3或4所述的电容式力传感器，其特征在于，所述至少一个电极组还包括第二电极组；所述第一电极组中的多个所述第一电极和多个所述第二电极，与所述第二电极组中的多个所述第一电极和多个所述第二电极，设置在所述第一电极板的中心的两侧。6.根据权利要求5所述的电容式力传感器，其特征在于，在所述第一电极组和所述第二电极组中的任一电极组中，沿多个所述第一电极和多个所述第二电极的排布方向，所述第三电极包括相对的第一侧边和第二侧边，所述第一侧边
在所述第一电极板上的正投影与所述第一电极的中心线重合；其中，所述第一电极的中心线为所述第一电极的沿多个所述第一电极和多个所述第二电极的排布方向的中心线。7.根据权利要求6所述的电容式力传感器，其特征在于，所述电容式力传感器还包括处理器；所述处理器根据差分公式C1‑
＝C1‑
C2求得C1‑
，根据差分公式C2‑
＝C3‑
C4求得C2‑
；以及，根据求和公式C
1+
＝C1+C2求得C
1+
，根据求和公式C
2+
＝C3+C4求得C
2+
；所述处理器还根据C1‑
、C2‑
、C
1+
和C
2+
，计算所述电容式力传感器所承受的外力F；其中，C1为所述第一电极组中的所述第一电容器输出的电容值；C2为所述第一电极组中的所述第二电容器输出的电容值；C3为所述第二电极组中的所述第一电容器输出的电容值；C4为所述第二电极组中的所述第二电容器输出的电容值。8.根据权利要求5所述的电容式力传感器，其特征在于，在所述第一电极组中，沿多个所述第一电极和多个所述第二电极的排布方向，所述第三电极包括相对的第一侧边和第二侧边，所述第一侧边在所述第一电极板上的正投影与所述第一电极的中心线重合；在所述第二电极组中，沿多个所述第一电极和多个所述第二电极的排布方向，所述第三电极包括相对的第一侧边和第二侧边，所述第一侧边在所述第一电极板上的正投影与所述第一电极和所述第二电极之间的间隙的中心线重合；其中，所述第一电极的中心线为所述第一电极的沿多个所述第一电极和多个所述第二电极的排布方向的中心线。9.根据权利要求8所述的电容式力传感器，其特征在于，所述电容式力传感器还包括处理器；所述处理器根据差分公式C1‑
＝C1‑
C2求得C1‑
，以及根据差分公式C2‑
＝C3‑
C4求得C2‑
；所述处理器还根据C1‑
和C2‑
，计算所述电容式力传感器所承受的外力F；其中，C1为所述第一电极组中的所述第一电容器输出的电容值；C2为所述第一电极组中的所述第二电容器输出的电容值；C3为所述第二电极组中的所述第一电容器输出的电容值；C4为所述第二电极组中的所述第二电容器输出的电容值。10.根据权利要求6所述的电容式力传感器，其特征在于，所述电容式力传感器还包括：第三电极板，所述第三电极板设置在所述第二电极板的背离所述第一电极板的一侧；所述至少一个电极组还包括第三电极组；在所述第三电极组中，多个所述第一电极和多个所述第二电极设置在所述第三电极板的相对所述第二电极板的面，多个所述第三电极设置在所述第二电极板的相对所述第三电极板的面上；所述第三电极组和所述第一电极组关于所述第二电极板对称布设。11.根据权利要求10所述的电容式力传感器，其特征在于，所述电容式力传感器还包括处理器；
所述处理器根据差分公式C
1U
‑
＝C1‑
C2求得C
1U
‑
，根据差分公式C
1D
‑
＝C5‑
C6求得C
1D
‑
；以及，根据求和公式C
1U+
＝C1+C2求得C
1U+
，根据求和公式C
1D+
＝C5+C6求得C
1D+
；所述处理器还根据C1‑
＝C
1U
‑
+C
1D
‑
和C
1+
＝C
1U+
‑
C
1D+
，计算所述电容式力传感器所承受的外力F；其中，C1为所述第一电极组中的所述第一电容器输出的电容值；C2为所述第一电极组中的所述第二电容器输出的电容值；C5为所述第三电极组中的所述第一电容器输出的电容值；C6为所述第三电极组中的所述第二电容器输出的电容值。12.根据权利要求8所述的电容式力传感器，其特征在于，所述电容式力传感器还包括：第三电极板，所述第三电极板设置在所述第二电极板的背离所述第一电极板的一侧；所述至少一个电极组还包括第三电极组；在所述第三电极组中，多个所述第一电极和多个所述第二电极设置在所述第三电极板的相对所述第二电极板的面，多个所述第三电极设置在所述第二电极板的相对所述第三电极板的面上；所述第三电极组和所述第一电极组关于所述第二电极板对称布设。13.根据权利要求12所述的电容式力传感器，其特征在于，所述电容式力传感器还包括处理器；所述处理器根据差分公式C
1U
‑
＝C1‑
C2求得C
1U
‑
，根据差分公式C
1D
‑
＝C5‑
C6求得C
1D
‑
；所述处理器还根据C1‑
＝C
1U
‑
+C
1D
‑
，计算所述电容式力传感器所承受的外力F；其中，C1为所述第一电极组中的所述第一电容器输出的电容值；C2为所述第一电极组中的所述第二电容器输出的电容值；C5为所述第三电极组中的所述第一电容器输出的电容值；C6为所述第三电极组中的所述第二电容器输出的电容值。14.根据权利要求3
‑
13中任一项所述的电容式力传感器，其特征在于，所述至少一个电极组还包括第五电极组；在所述第五电极组中，多个所述第一电极和多个所述第二电极沿第二方向排布在所述第一电极板的相对所述第二电极板的面上，多个所述第三电极设置在所述第二电极板的相对所述第三电极板的面上；所述第二方向与所述第一方向相垂直。15.根据权利要求1
‑
14中任一项所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：张冬冬，陈莎莎，
申请(专利权)人：华为技术有限公司，
类型：发明
国别省市：