专利名称：一种电容式传感器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及传感器领域，具体涉及电容式传感器。
背景技术：
电容式传感器是将被测量的变化转换为电容量变化的一种装置，它本身就是一种可变电容器。由于这种传感器具有结构简单，体积小，动态响应好，灵敏度高，分辨率高，能实现非接触测量等特点，因而被广泛应用于位移、加速度、振动、压力、压差、液位、等分含量等检测领域。目前的电容式传感器通常由外壳、以及安装于外壳内的感应极板、固定结构和电容检测芯片构成。其中，感应极板通常是单独制造的，其对生产设备的精度要求很高，否则很容易造成感应极板的大小不一，进而影响测量精度；另外，在将感应极板、固定结构、电容检测芯片等组件组装起来时，其对安装的精度同样要求很高，这对生产设备提出了很高的要求，且组装费时。因此，现有的电容式传感器的主要缺点是制备较为复杂，精度较低，小型化的难度较大。
实用新型内容本实用新型所要解决的技术问题是，提供一种制备简单、成本低廉、定位精度高、易于小型化的新型的电容式传感器，以解决现有技术的不足。为了解决上述技术问题，本实用新型的思路是，将感应极板、电容检测芯片设置于印刷电路板上。其中，感应极板的数量至少是两片，本方案中，考虑到精度以及成本，采用三片的感应极板来实现，具体的，这三片感应极板是由铜箔在印刷电路板的上表面印刷制成。电容检测芯片焊接于印刷电路板的下表面，该电容检测芯片优选采用我公司研发的型号为CS001的电容检测芯片(市场上有售)，该电容检测芯片是具有6个管脚的芯片，该电容检测芯片的其中三个管脚分别连接上述的三片感应极板，还有三个管脚通过三根金属引脚从印刷电路板上引出。当然，也可使用具有类似功能的其他电容检测芯片(例如型号为MS3110的电容检测芯片)，只需该电容检测芯片具有差分检测电容差值的功能即可。由于以印刷电路板的铜箔印刷腐蚀成的感应极板可以做到很高的尺寸及位置精度，因而解决了背景技术中描述的单独制造感应极板的制备较为复杂、精度较低、小型化的难度较大的缺点。具体的，本实用新型所采用的技术方案是，一种电容式传感器，包括外壳上盖、夕卜壳底座、卡置于外壳上盖和外壳底座构成的容置空间内的印刷电路板、以及位于印刷电路板与外壳上盖构成的空间内的两颗金属球。所述外壳上盖恰与外壳底座配合。所述印刷电路板的上表面通过铜箔印刷出三片感应极板位于左侧的第一感应极板、位于中间的第二感应极板和位于右侧的第三感应极板，所述印刷电路板的下表面焊接有电容检测芯片以及三根金属引脚，所述电容检测芯片的其中三个管脚分别连接所述三片感应极板，所述电容检测芯片的另外的三个管脚分别连接至所述三根金属引脚。所述金属球采用不带磁性的金属制成，其设于印刷电路板印刷有感应极板的上表面与外壳上盖构成的空间内，并随着印刷电路板的倾斜角度的变化而在该空间内自由滚动。当所述金属球滚动到印刷电路板的右侧时，第二感应极板和第三感应极板之间的电容值变大，电容检测芯片由此识别出金属球位于右侧；当金属球滚动到印刷电路板的左侧时，第一感应极板和第二感应极板之间的电容值变大，电容检测芯片由此识别出金属球位于左侧。进一步的，为了保证金属球不会横跨两个感应极板，所述第二感应极板的宽度大于第一感应极板的宽度以及第三感应极板的宽度，所述金属球的直径小于第二感应极板的宽度，且大于第一感应极板的宽度以及第三感应极板的宽度。优选的，第一感应极板的宽度与第三感应极板的宽度相等，第二感应极板的宽度略大于第一感应极板的宽度，金属球的直径约等于第一感应极板、第二感应极板以及第三感应极板的宽度总和的1/3。同时，为了检测本实用新型的电容式传感器的平放、竖放或者侧放状态，当本实用新型的电容式传感器水平放置时，印刷电路板的平面与水平面的夹角成一定角度，优选的，该夹角为7-10°。这样，当电容式传感器水平放置时，金属球将滚动至印刷电路板较低的一侦牝电容检测芯片由此检测出电容式传感器的平放状态；当电容式传感器竖放时，金属球将会滚动至印刷电路板的另外一侧，电容检测芯片由此检测出电容式传感器的竖放状态。另外，金属球置于印刷电路板印刷有感应极板的上表面与外壳上盖构成的空间内，外壳上盖的容纳金属球的上半部分的横切面呈梯形，当电容式传感器侧放时，金属球滚动至梯形的宽边，电容检测芯片由此检测出电容式传感器的侧放状态。优选的，所述梯形的窄边的宽度略大于金属球的直径，使得单个金属球可自由移动，且避免卡在外壳上，所述梯形的宽边的宽度小于两个金属球的直径之和，避免两个金属球并列时卡在外壳上。优选的，两个金属球的球心的连线与梯形的宽边所形成的夹角大于45°。进一步的，为了使电容式传感器侧放时，金属球能够贴紧印刷电路板，从而使得感应极板之间的电容差值保持在较大的状态下，外壳上盖的容纳金属球的上半部分的纵切面呈六边形，该六边形形状是缺失两个角的矩形，或者说是一个矩形和以该矩形的一个边为底边的梯形相结合的形状。进一步的，所述三片感应极板关于第二感应极板的中心垂线成轴对称，这样，电容检测芯片可以方便的以差分方式检测位于两侧的第一感应极板、第三感应极板和位于中间的第二感应极板间的电容差值。进一步的，为了让金属球在感应极板上平滑、灵活的滚动，避免从无感应极板处滚动到感应极板边缘时的卡滞，相邻两个感应极板的相对的侧边呈锯齿状。此外，本实用新型制备简单、成本低廉，且定位精度高、易于小型化。
图1是本实用新型的实施例的立体示意图。图2是本实用新型的实施例的立体分解示意图(不含金属球)。图3是本实用新型的实施例的侧视图。图4是本实用新型的实施例的侧视分解图。图5是本实用新型的实施例的侧视图一(不含外壳)。图6是本实用新型的实施例的侧视图二 (不含外壳)。[0021]图7是本实用新型的实施例的外壳上盖的容纳金属球的上半部分的横切面示意图。图8是本实用新型的实施例的外壳上盖的容纳金属球的上半部分的纵切面示意图。图9是本实用新型的实施例的金属球运动于感应极板上的示意图。
具体实施方式
现结合附图和具体实施方式
对本实用新型进一步说明。作为本实用新型一个优选的实施例，如图1和图2所示，一种电容式传感器，包括外壳上盖1、外壳底座2、卡置于外壳上盖I和外壳底座2构成的容置空间内的印刷电路板
3、以及位于印刷电路板3与外壳上盖I构成的空间内的两颗金属球7。所述外壳上盖I恰与外壳底座2配合。所述印刷电路板3的上表面通过铜箔印刷出三片感应极板4 :位于左侧的第一感应极板41、位于中间的第二感应极板42和位于右侧的第三感应极板43，所述印刷电路板3的下表面焊接有电容检测芯片5以及三根金属引脚6。电容检测芯片5是基于差分检测电容差值的电容检测芯片，优选采用我公司研发的型号为CS001的电容检测芯片(市场上有售)，该电容检测芯片5是具有6个管脚的芯片。电容检测芯片5的其中三个管脚分别连接所述三片感应极板4，所述电容检测芯片5的另外的三个管脚分别连接至所述三根金属引脚6，这三根金属引脚连接电源和地线。这样，感应极板4间的电容变化信号传输至电容检测芯片5，电容检测芯片5对其接收到的信号进行处理。如图3所示，所述金属球7采用不带磁性的金属制成，可随着印刷电路板3的倾斜角度的变化而自由滚动。如图5和图6所示，当所述金属球7滚动到印刷电路板3的右侧时，第二感应极板42和第三感应极板43之间的电容值变大，电容检测芯片5由此识别出金属球7位于右侧；当金属球7滚动到印刷电路板3的左侧时，第一感应极板41和第二感应极板42之间的电容值变大，电容检测芯片5由此识别出金属球7位于左侧。为了保证金属球7不会横跨两个感应极板，如图4所示，所述第二感应极板42的宽度大于第一感应极板41的宽度以及第三感应极板43的宽度，所述金属球7的直径小于第二感应极板42的宽度，且大于第一感应极板41的宽度以及第三感应极板43的宽度。本实施例中，第一感应极板41的宽度与第三感应极板43的宽度相等，略小于第二感应极板42的宽度，金属球7的直径约等于第一感应极板41、第二感应极板42以及第三感应极板43的宽度总和的1/3。另外，第一感应极板41、第二感应极板42和第三感应极板43关于第二感应极板42的中心垂线成轴对称，这样，电容检测芯片5可以方便的以差分方式检测第一感应极板41和第二感应极板42、第二感应极板42和第三感应极板43的电容差值。同时，为了检测本实用新型的电容式传感器的平放、竖放或者侧放状态，当本实用新型的电容式传感器水平放置时，印刷电路板3的平面与水平面的夹角成一个锐角。这样，当电容式传感器水平放置时，金属球7将滚动至印刷电路板3较低的一侧，电容检测芯片5由此检测出电容式传感器的平放状态；当电容式传感器竖放时，金属球7将会滚动至印刷电路板3的另外一侧，电容检测芯片5由此检测出电容式传感器的竖放状态。为了将印刷电路板3的平面与水平面设置为成一个锐角，如图3所不,本实施例中将外壳底座2放置印刷电路板3的支撑面与水平面的夹角Z I设置为一个角度，该夹角Z I为10°，当然也可以是其他角度，只要使得印刷电路板3的平面与水平面的夹角成一个锐角即可。同时，为了配合外壳底座2，外壳上盖I容纳印刷电路板3和外壳底座2的部分的横切面与水平面的夹角Z2也成一个锐角。另外，除了本实施例将外壳底座2放置印刷电路板3的支撑面与水平面的夹角Z I设置为一个角度，也可以采用其他的方式使印刷电路板3的平面与水平面成一个锐角，例如将外壳上盖I内设置若干卡槽，使得印刷电路板3卡置于该外壳上盖I内，并与水平面的夹角成一定的角度。另外，金属球7置于印刷电路板3印刷有感应极板4的上表面与外壳上盖I构成的空间内，如图7所示，外壳上盖I的容纳金属球7的上半部分的横切面呈梯形，当电容式传感器侧放时，金属球7滚动至梯形的宽边，电容检测芯片5由此检测出电容式传感器的侧放状态。其中，所述梯形的窄边的宽度略大于金属球7的直径，使得单个金属球7可自由移动，且避免卡在外壳内，所述梯形的宽边的宽度小于两个金属球7的直径之和，避免两个金属球7并列时卡在外壳内。本优选的实施例中，两个金属球7的球心的连线与梯形的宽边所形成的夹角Z 3大于45°，梯形的窄边与其垂线所形成的夹角Z 4=7°。为了使电容式传感器侧放时，金属球7能够贴紧印刷电路板3，从而使得感应极板4之间的电容差值保持在较大的状态下，如图8所示，外壳上盖I的容纳金属球7的上半部分的纵切面呈六边形，该六边形形状是缺失两个角的矩形的形状，或者说是一个矩形和以该矩形的一个边为底边的梯形相结合的形状，即一对对边a和b平行，与边a相邻的两个边c和d平行，与边b相邻的两个边e和f，分别与邻边c和d所形成锐角Z 5和Z 6，本优选的实施例中，Z 5= Z 6=35°。当然，外壳上盖I的容纳金属球7的上半部分的纵切面也可以呈其他形状，例如是一个矩形和以该矩形为弦的部分圆的结合的形状。当金属球7从一片感应极板向另外一片感应极板滚动时，首先将离开该感应极板，然后滚动到两片感应极板之间，最后在滚动到另一片感应极板上。如图9所不，因为感应极板4由铜箔制成，虽然其厚度通常仅有0. 034mm左右，但当电容式传感器运动很轻微时，要从两片感应极板之间滚动到一片感应极板之上，仍有一定的困难。为了解决这个问题，让金属球在感应极板间平滑、灵活的滚动，而避免卡在相邻的感应极板之间，如图4所示，相邻两个感应极板的相对的侧边呈锯齿状。尽管结合优选实施方案具体展示和介绍了本实用新型，但所属领域的技术人员应该明白，在不脱离所附权利要求书所限定的本实用新型的精神和范围内，在形式上和细节上可以对本实用新型做出各种变化，均为本实用新型的保护范围。
权利要求1.一种电容式传感器,其特征在于:包括外壳上盖、外壳底座、卡置于外壳上盖和外壳底座构成的容置空间内的印刷电路板、以及位于印刷电路板与外壳上盖构成的空间内的两颗金属球；所述外壳上盖恰与外壳底座配合；所述印刷电路板的上表面印刷有位于左侧的第一感应极板、位于中间的第二感应极板和位于右侧的第三感应极板；所述印刷电路板的下表面焊接有电容检测芯片以及三根金属引脚，所述电容检测芯片是基于差分检测电容差值的电容检测芯片，所述电容检测芯片的其中三个管脚分别连接所述三片感应极板，所述电容检测芯片还有三个管脚分别连接至所述三根金属引脚；所述金属球采用不带磁性的金属制成，其设于印刷电路板印刷有感应极板的上表面与外壳上盖构成的空间内，并随着印刷电路板的倾斜角度的变化而在该空间内自由滚动。
2.根据权利要求2所述的电容式传感器，其特征在于:所述第二感应极板的宽度大于第一感应极板的宽度以及第三感应极板的宽度，所述金属球的直径小于第二感应极板的宽度，且大于第一感应极板的宽度以及第三感应极板的宽度。
3.根据权利要求3所述的电容式传感器，其特征在于:当电容式传感器水平放置时，所述印刷电路板的平面与水平面的夹角成一个锐角。
4.根据权利要求4所述的电容式传感器，其特征在于:所述外壳上盖的容纳金属球的上半部分的横切面呈梯形。
5.根据权利要求5所述的电容式传感器，其特征在于:所述梯形的窄边的宽度略大于金属球的直径，所述梯形的宽边的宽度小于两个金属球的直径之和。
6.根据权利要求4或5所述的电容式传感器,其特征在于:外壳上盖的容纳金属球的上半部分的纵切面呈六边形，该六边形形状是一个矩形和以该矩形的一个边为底边的梯形相结合的形状。
7.根据权利要求1所述的电容式传感器，其特征在于:所述第一感应极板、第二感应极板和第三感应极板关于第二感应极板的中心垂线成轴对称。
8.根据权利要求1或7所述的电容式传感器，其特征在于:相邻两个感应极板的相对的侧边呈锯齿状。
9.根据权利要求1或7所述的电容式传感器，其特征在于:所述电容检测芯片是型号为CSOOl的电容检测芯片 。
专利摘要本实用新型涉及传感器领域。本实用新型的一种电容式传感器，包括外壳上盖、外壳底座、卡置于外壳上盖和外壳底座构成的容置空间内的印刷电路板、以及位于印刷电路板与外壳上盖构成的空间内的两颗金属球，所述外壳上盖恰与外壳底座配合。所述印刷电路板的上表面印刷有位于左侧的第一感应极板、位于中间的第二感应极板和位于右侧的第三感应极板。所述印刷电路板的下表面焊接有电容检测芯片以及三根金属引脚，所述电容检测芯片的其中三个管脚分别连接所述三片感应极板，另外的三个管脚分别连接至所述三根金属引脚。所述金属球采用不带磁性的金属制成，并随着印刷电路板的倾斜角度的变化而自由滚动。
文档编号G01D5/24GK202915940SQ20122056212
公开日2013年5月1日 申请日期2012年10月30日 优先权日2012年10月30日
发明者杨叔仲, 魏肃, 柴智, 刘双春 申请人:厦门市芯阳科技有限公司