，优选实施例中取10mm左右。
[0060]结合参阅图5，基板5中心有孔27，紧定螺钉2穿过孔27将基板5固定在弹性膜片I的硬中心上。基板5采用陶瓷材料。结合参阅图4，厚膜电极4为采用厚膜工艺在基板5正面印刷的两个环状导通带，分别为内电极25和外电极24。厚膜电极厚度很小，约10?25 μπι，使得边界效应对电容值的影响以及膜的线胀系数对电容稳定性的影响很小。陶瓷基板5背面印刷有焊盘26，内电极25和外电极24分别通过一金属化过孔23与焊盘26相导通。铜丝12 —端焊接在焊盘26上，另一端焊接在电路板30的检测点上，实现电极与电路板的电性连接。
[0061]电极防护罩9的材质为PVC，其作用是保护陶瓷电容，使其保持洁净的工作状态，容值稳定，不易受干扰。
[0062]再请参阅图2，在壳体20上还设置连接头15，连接头15与壳体6为焊接连接。485输出模块34 (后文有介绍)连接一通信电缆16，该通信电缆16穿过壳体6后与粮仓外的一上位机连接，通信电缆16将信号传输至仓外的上位机，同时使传感器内部与仓外大气相通，保证了内部气压始终与大气压相等，避免了内部气体热胀冷缩给测量带来的误差。
[0063]本实用新型中，弹性膜片1、壳体20、底盖7、连接头15均为不锈钢材料，且壳体20与每一弹性膜片I之间采用O型密封圈13密封并通过螺钉17固定，O型密封圈13为防腐橡胶材料，从而三维压力传感器整体呈立方体相对密封结构，这样的结构设置具有良好的防腐蚀性能，从而使得传感器能够经受粮仓内磷化氢等熏蒸气体和水汽的长期侵蚀。
[0064]结合参阅图6，电路板30包括解调器模块31、调整放大电路32、单片机33以及485输出模块34，解调器模块31电性连接每一压力传感器单元的内电极和外电极，调整放大电路32与解调器模块31电性连接，单片机33分别与调整放大电路32及485输出模块34电性连接。电路板30的功能是将敏感元件测量部分所得到的电容比的变化进行拾取、处理、计算，最终转换成标准485信号。电路板30的解调器模块31与敏感元件(S卩，弹性膜片I)通过铜丝12机械连接，其功能是将参考电容Cr和工作电容Cm的差值转换为相应的电信号；电路板30的调整放大电路32与解调器模块31电性连接，以对解调器输出的电信号进行放大、信号平滑、调整，得到差模信号以及参考信号两个信号；电路板30的单片机33分别与调整放大电路32及485输出模块34电性连接，以对调整放大电路32后的信号进行计算处理，调整传感器的零点、满度，根据参考信号进行温度补偿，并控制485输出模块输出标准485信号，本实用新型中，单片机33可采用ARM-M0516-LBN单片机；电路板30的485输出模块34与单片机33电性连接，以输出标准485信号供上位机进行处理。
[0065]本实用新型的三维压力传感器工作原理为:弹性膜片I与厚膜电极4构成变间隙电容，分别为工作电容Cm和参考电容Cr。弹性膜片I上表面受到均布压力作用产生变形，工作电容Cm极间间隙增大，电容量随之减小。参考电容Cr分布在膜片硬中心范围内，其极间间隙恒定，容值不随被测压力变化，参考电容的作用是用来进行温度补偿。电路板的敏感端通过铜丝与机械电容相连，实时检测电容值Cm的变化以及参考电容Cr，并将其转换为差模电信号，并最终输出485标准数字信号。
[0066]以三维压力传感器其中一方向X方向测量为例，具体实施过程为:将三维压力传感器按布置模型放置在粮仓内相应测试点，进粮后，弹性膜片I表面受到均布压力作用而产生变形，从而分别产生工作电容Cm，以及参考电容Cr。电路板30拾取参考电容Cm的变化以及参考电容Cr，并将其转化为两路电信号，信号经放大处理后，交由单片机33进行处理，调整传感器的零点、满量程，并根据参考电容Cr的相关信号，对测量信号进行温度补偿，得到最终的测量结果，单片机控制485输出模块输出相应的485信号。同样过程，得到Y、Z方向的压力信息，经通信电缆16传输后，粮仓外的上位机得到一测试点的三个不同方向的压力值信号，进行数据对比综合，完成测量数据的建模。
[0067]本实用新型提出了一种三维压力传感器，在粮仓内按模型多点布置压力传感器，更准确的由传感器感知粮堆内压力信息并转为电信号传递到上位机，通过数据处理和模型计算，得到粮食总质量。与现有技术相比，本实用新型具有以下优点:
[0068](I)用一个压力传感器替代了使用三个压力传感器，传感器体积小、成本低。
[0069](2)用一个压力传感器替代了使用三个压力传感器，在粮仓实施安装时仅仅需设置一条通信电缆，布线简单。
[0070](3)同时实现三个方向应力的测量，更有利于获取粮堆内应力分布，精确建立数量模型，准确获得粮食质量。
[0071](4)传感器为标准485总线式数字输出。
[0072](5)高灵敏度高精度，结构相对简单，可靠性高，适合批量生产；
[0073](6)全部采用防腐蚀材料的整体密封结构，抗熏蒸、抗水汽。
[0074]以上仅仅给出了具有三个压力传感器单元的实施例，但在实际使用中，并不局限于此，譬如多维压力传感器，在壳体的五个面上(除底盖7所在的面)可自由组合并分别实现压力测量。
[0075]当然，本实用新型还可有其它多种实施例，在不背离本实用新型精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本实用新型作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本实用新型所附的权利要求的保护范围。
【主权项】
1.一种检测粮仓储量的三维压力传感器，其特征在于，包括: 一壳体，具有三维空间内的一 X方向、一 Y方向及一 Z方向； 设置于该壳体上的至少三个压力传感器单元，且，该至少三个压力传感器单元的至少其中一个压力传感器单元沿X方向设置，该至少三个压力传感器单元的至少其中一个压力传感器单元沿Y方向设置，该至少三个压力传感器单元的至少其中一个压力传感器单元沿Z方向设置；以及 一电路板，设置于该壳体内； 其中，每一该压力传感器单元包括: 一弹性膜片；以及 一基板，与该弹性膜片保持间隙的固定在该弹性膜片上，该基板上具有厚膜电极，该厚膜电极为印刷在该基板上的两个环状导通带，该两个环状导通带分别作为内电极和外电极，该弹性膜片分别与该内电极和外电极构成参考电容和工作电容； 该电路板包括解调器模块、调整放大电路、单片机以及485输出模块，该解调器模块电性连接每一压力传感器单元的内电极和外电极，该调整放大电路与该解调器模块电性连接，该单片机分别与该调整放大电路及该485输出模块电性连接。
2.根据权利要求1所述的三维压力传感器，其特征在于，每一压力传感器单元还包括一电极防护罩，包围该基板并固定在该弹性膜片上以使每一压力传感器单元呈扁平圆形盒状结构。
3.根据权利要求2所述的三维压力传感器，其特征在于，该壳体与每一该弹性膜片之间采用密封圈密封并通过螺钉固定以使该三维压力传感器整体呈立方体相对密封结构。
4.根据权利要求2所述的三维压力传感器，其特征在于，该电路板设置在每一压力传感器单元的电极防护罩外，并与每一压力传感器单元的电极防护罩保持电绝缘性的固定安装。
5.根据权利要求2所述的三维压力传感器，其特征在于，该弹性膜片外侧设置有防止装配该电极防护罩时产生应力传递的凹槽。
6.根据权利要求1所述的三维压力传感器，其特征在于，该485输出模块连接一通信电缆，该通信电缆穿过该壳体后与粮仓外的一上位机连接。
7.根据权利要求1-6中任意一项所述的三维压力传感器，其特征在于，该基板的背面印刷有焊盘，该内电极与该外电极分别通过一金属化过孔与该焊盘相导通，一铜丝的一端焊接在该焊盘上，另一端焊接在该电路板的一检测点上以将该厚膜电极与该电路板电性连接。
8.根据权利要求1-6中任意一项所述的三维压力传感器，其特征在于，该弹性膜片与该基板之间的间隙通过一极间垫片保持。
9.根据权利要求1-6中任意一项所述的三维压力传感器，其特征在于，该弹性膜片为带有硬中心的周边固支E形圆膜片，该基板固定在该弹性膜片的硬中心上。
10.根据权利要求1-6中任意一项所述的三维压力传感器，其特征在于，该基板采用陶瓷基板。
【专利摘要】一种检测粮仓储量的三维压力传感器，包括一壳体，至少三个压力传感器单元，以及一电路板。该壳体具有一X方向、一Y方向及一Z方向。该至少三个压力传感器单元的至少其中之一沿X方向设置，至少其中之一沿Y方向设置，至少其中之一沿Z方向设置。电路板设置于壳体内。每一该压力传感器单元包括一弹性膜片以及一基板，基板与弹性膜片保持间隙的固定在弹性膜片上，基板上具有厚膜电极，厚膜电极为印刷在基板上的两个环状导通带，两个环状导通带分别作为内电极和外电极，弹性膜片分别与内电极和外电极构成参考电容和工作电容。电路板包括解调器模块、调整放大电路、单片机以及485输出模块。本实用新型能同时检测三维空间的三个应力信息。
【IPC分类】G01L1-04
【公开号】CN204359471
【申请号】CN201420765985
【发明人】吴芳, 张洪亮, 赵巧转, 陈实
【申请人】北京航天金泰星测技术有限公司
【公开日】2015年5月27日
【申请日】2014年12月8日