一种微力及微位移放大传感器的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种梁式弹性体传感器，属于电子衡器技术的精密计量领域，具体是 指一种微力测量及微位移放大传感器。
【背景技术】
[0002] 力的检测与加载是力学测量中最重要的问题之一。随着制造工艺的集成化程度越 来越高，就要求在结构中达到微小位移操作，由于在实际过程中很难进行控制，所W在实际 应用中需要测量两种结构之间的相互作用力，才能够把握工件之间紧密的结合程度，达到 制造工艺要求。
[0003] 现有的制造测量只是对微力进行测量，选择的材料往往只是一味的要求应变量很 大，而忽略对产生受力点位移的限制，往往会在一些实际操作中出现较大位移而导致工件 之间出现挤压，甚至出现工件之间切合度很差的情况，例如专利CN200710011275.5，压电薄 膜悬臂梁式微力传感器的微力加载装置，施力位于刚性体的远端，检测位于刚性体的近段， 从而出现刚性体出现较大位移而导致工件之间挤压，为了有效的克服了运些，使得在达到 应变程度很大的情况下，施力点位移很小，避免了工件之间的相互挤压，有效地提高了测量 的准确度、精确度，是现在面临的问题之一。
【发明内容】
[0004] 针对上述提到的微小力测量问题，本发明的目的是提供一种可调节、高灵敏的受 力点产生微位移同时测量微小力传感器的结构。
[0005] 本发明的原理在于：1.放大位移量，形变量，具有位移量与形变量重合的特点；2. 限位，限变形变量。当在施力部分施加微小外力时，外界作用力传递到弹性薄片上，并使梁 产生弯曲，应变片检测到电阻变化，然后通过桥式电路测出电压信号，完成外界接触力的测 力。
[0006] 本发明具有设计简单，施力点位移小，应变部分应变大，同时力过载时可W起到限 位等优点。
【附图说明】
[0007] 图1是本发明结构示意图。
[000引图2是图1主视图。
[0009] 图3是图1侧视图。
[0010] 图4是本发明的第二种结构示意图。
[0011] 图5是本发明的第Ξ种结构示意图。
[0012] 图6是全桥式电路图。
【具体实施方式】
[0013] 下面将结合本发明实施例中的附图1至3,对本发明实施例中的技术方案进行清 楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施 例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获 得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0014] 本发明包括固定结构1、应变结构2、施力结构3,还包括设置在应变结构2下方的过 载保护结构4,过载保护结构由限位杆41与支撑刚性体42构成;在施力点31施加微力时产生 最大位移最下方，设置一根限位杆41，限位杆41根据位移放大情况，调整两者间的间隙。当 施力部分3中施力点31受到力作用时，主弹性薄片22中应变片6电阻变化，使施力结构3中水 平刚性体32发生向下位移，因此通过过载间隙进行过载保护。限位杆41处于主弹性薄片22 与水平刚性体32的结合处，因为在此处位移是整个衡量位移最大处，过载保护结构4可W避 免因误操作导致应变结构2造成损坏。
[0015] 所述固定结构1包括刚性体基座11，W及竖直刚性体12; 所述应变结构2包括辅助弹性薄片21，W及设置有应变片6的主弹性薄片22,所述主弹 性薄片22的一端与施力结构3通过安装孔7固定，另一端通过预紧力与过载保护结构4预接 触，辅助弹性薄片21的两端分别与竖直刚性体12和施力结构3通过安装孔7固定;本例中应 变结构2中辅助弹性薄片21，可W把等厚的弹性体中间部分开槽成圆形(参见附图4、5)、楠 圆形、正方形等结构，把安装孔7设置成双圆大小结构。本发明应变结构2中的主弹性体22， 为贴应变片6的薄片结构，为增加应变可W使其中间悬空结构设置成圆形、楠圆形等结构， 安装孔7也设置成双圆大小不等结构，方便其安装。
[0016] 所述施力结构3包括施力点31，W及起位移放大作用的水平刚性体32。
[0017] 水平刚性体32与主弹性薄片22构成悬臂梁结构，同时通过预紧力保持主弹性薄片 22与支撑刚性体42预接触。
[0018] 所述的过载保护结构4固定在刚性体基座11上，调整过载保护结构4与主弹性体22 间的间隙保持在0.1mm至0.5mm。根据具体的位移放大情况，W防其因为误操作造成传感器 W及工件的损坏。
[0019] 所述竖直刚性体12与施力结构3,通过辅助弹性薄片21桥接。
[0020] 主弹性薄片22上贴有应变片6,所述应变片6构成惠更斯桥式电路。本例中应变结 构2中主弹性薄片22上的应变片6为半导体电阻应变片，该应变片6位于主弹性薄片22的薄 壁处，当弹性体受到外力而产生变形时，使粘贴在弹性体上的应变片6同时变形，引起应变 片6阻值的变化，通过电路将力信号转变成对应的电信号输出。
[0021] 主弹性薄片22的厚度为辅助弹性薄片21厚度的1/5至1/10倍，主弹性薄片22长度 是辅助弹性薄片21的5至10倍。主弹性薄片22作用是使最大应变集中在其结构上，易于贴应 变片6,检测应力的大小;辅助弹性薄片21是使应变更易发生，主梁可W等效于刚性梁，同时 可W控制施力点位移不宜过大。
[0022] 保证主弹性薄片22厚度是辅助弹性体1/10至1/5时，当辅助弹性薄片21厚度增加 时，同样的施加力，主弹性薄片22的变形量减小、最大位移量减少率大于施力点位移减少 率，因此位移放大倍数减少;厚度减少则相反。
[0023] 保证主弹性薄片22槽宽是辅助弹性薄片21的5至10倍时，当辅助弹性薄片21宽度 增加时，同样的施加力，主弹性薄片22的变形量会增加、最大位移变化量增加率大于施力点 位移增加率，因此位移放大倍数增加;宽度减少则相反。
[0024] 当施力点31离辅助弹性薄片21的距离近时，在检测范围内，同样的微力，主弹性薄 片22形变量减少，施力点位移减小，位移放大倍数增加，更易于对微小力产生微小位移的检 而当施力点31靠近主弹性薄片22时，当最大施力5N施加时，施力点的位移更靠近最大位 移处，会直接超过30WI1微位移的测量范围，位移放大倍数明显减少。
[0025] 水平刚形体32长度增加时，当施加同样的力情况下，应变量变化增加，施力点位移 增加率小于最大位移增加率，位移放大倍数增加;水平刚形体32长度减少时，当施加同样力 时，应变减少，施力点31位移减少率大于最大位移减少率，位移放大倍数减少。
[00%]本发明包括W下操作步骤： 步骤A、将传感器固定在刚性基底上； 步骤B、在传感器施力点3处施加载荷； 步骤C、通过在主弹性薄片22上的四片应变片6的变化情况来检测微力、微位移； 步骤D、利用步骤步骤B、C计算所施加的应力、位移的大小， 通过四片应变片6电阻的变化来求应力大小：
Ku = E 电桥四臂接入四片应变片6，即两个受拉应变，两个受压应变，将两个应变符号相同的 接入相对桥臂上；其中，Rl=R2 = R3 = R4 = R，ARl = AR2 = AR3 = AR4 = AR，Ku为电桥电 压灵敏度； 当辅助弹性薄片21很薄且与竖直刚性体12距离非常短，在微小力的作用下，其位移量 较小，因此在理论分析中忽略其位移变化，将其近似考虑成一固定轴;其次，由于水平刚性 体32相对于主、辅助弹薄片21、22较厚，相对形变较小，近似看作刚性体