专利名称：一种由z－元件构成的三端力数字传感器的制作方法
技术领域：
本实用新型属于传感技术领域，尤其涉及具有三端结构数字量输出性能的力传感器。
背景技术：
目前，力参数的检测与控制均采用常规力敏元件或传感器。由于常规力敏元件或传感器多为模拟量输出，其输出幅值小、灵敏度低、抗干扰能力差，必须加放大、A/D转换等辅助电路才能与数字计算机相连接，致使硬件系统复杂、成本增加，限制了力参数的检测与控制在更广阔的领域应用。
实用新型内容为解决目前采用常规力敏元件的传感器存在的硬件系统复杂、成本高、应用范围受限的问题，本实用新型提供一种由Z-元件构成的三端力数字传感器。本实用新型的传感器包含Z-元件1和限流电阻R，Z-元件1的一极和限流电阻R的一端相互串联连接，Z-元件1的另一极和限流电阻R的另一极分别连接直流电源E或地，外力F加在Z-元件的N极上，P极接固定支撑G，限流电阻R与Z-元件1的连接端为信号输出端Vo，以上连接中Z-元件1的P极接高电位、N极接低电位。经实验证明，Z-元件1的P极接高电位、N极接低电位，才能使信号输出端Vo的输出频率按规律变化，从而测得Z-元件1受力的大小。本实用新型所用的Z-元件是一种被金掺杂改性的PN结结构，它具有特殊的伏安特性。本实用新型的Z-元件1通过限流电阻R，按正向偏置连接在直流电路中，限流电阻R用于限制工作电流，并测取输出信号。Z-元件受力后，由于其内阻产生突变，引起电路中工作电流的突变，产生数字信号输出。本实用新型的有益效果是1、原理独特，技术先进，属国内外首创。2、电路结构极其简单，加工制造容易，成本低廉，使用方便。3、可输出开关信号，用于力参数的监控与报警。也可输出频率信号，用于力参数的检测与计量。4、输出信号的幅值大，不需放大和A/D转换就可与计算机直接通讯，输出信号抗干扰能力强，并能远距离传输，便于通过计算机对力参数进行集中联网管理。
图1是具体实施方式
一的结构示意图，图2是具体实施方式
二的结构示意图。
具体实施方式
一本实施方式由Z-元件1、限流电阻R、用于测量信号输出值的二次仪表2组成。Z-元件1的P极连接直流电源E，Z-元件1的N极与限流电阻R的一端相连接，限流电阻R的另一端接地。限流电阻R和Z-元件1之间的连接端为信号输出端Vo，外力F加在Z-元件的N极上，P极接固定支撑G。本实施方式用二次仪表2测量信号输出值，二次仪表2并联在限流电阻R的两端。本实施方式是利用Z-元件1的力敏效应制造的一种力报警器，它形成一种开关量输出型三端力传感器。该传感器可通过直流电源E和限流电阻R设定力载荷的阈值Fth，即F≤Fth时，Z-元件是高阻状态，输出电压为低电平；当F值达到该阈值Fth时，即F≥Fth时，Z-元件是低阻状态，输出电压快速转变成高电平，产生由低电平到高电平的正跳跃信号，由此可实现力参数的监控与报警。
具体实施方式
二本实施方式由Z-元件1、限流电阻R、用于测量信号输出值的二次仪表2和电容C组成。Z-元件1的N极接地，Z-元件1的P极与限流电阻R的一端相连接，限流电阻R的另一端连接直流电源E。外力F加在Z-元件的N极上，P极接固定支撑G。电容C和二次仪表2并联在Z-元件1的两端上。本实施方式利用Z-元件1的力敏效应制造一种力检测器。它的特征在于Z-元件上并联一个电容器C。当Z-元件处于高阻状态时，电源E通过限流电阻R向电容C充电，电容C上的电压逐步增加，当达到某一阈值电压时，Z-元件迅速从高阻状态转变成低阻状态。随之电容C通过Z-元件放电。放电后，Z-元件又迅速回到高阻状态，再次充电，如此反复进行。输出端Vo将输出与力载荷下成比例的频率脉冲信号，构成了一种新型低成本力传感器，可用于对力参数的检测与计量。
权利要求1.一种由Z-元件构成的三端力数字传感器，其特征在于它包含Z-元件(1)和限流电阻(R)，Z-元件(1)的一极和限流电阻(R)的一端相互串联连接，Z-元件(1)的另一极和限流电阻(R)的另一端分别连接直流电源(E)或地，外力(F)加在Z-元件的N极上，P极接固定支撑(G)，限流电阻(R)与Z-元件(1)的连接端为信号输出端(Vo)，Z-元件(1)的P极接高电位、N极接低电位。
2.根据权利要求1所述的一种由Z-元件构成的三端力数字传感器，其特征在于限流电阻(R)的一端与Z-元件(1)的N极相连，限流电阻(R)的另一端接地，Z-元件(1)的P极接直流电源(E)。
3.根据权利要求1或2所述的一种由Z-元件构成的三端力数字传感器，其特征在于二次仪表(2)并联在限流电阻(R)的两端。
4.根据权利要求1所述的一种由Z-元件构成的三端力数字传感器，其特征在于Z-元件(1)的N极接地，Z-元件(1)的P极与限流电阻(R)的一端相连接，限流电阻(R)的另一端连接直流电源(E)。
5.根据权利要求4所述的一种由Z-元件构成的三端力数字传感器，其特征在于电容(C)和二次仪表(2)并联在Z-元件(1)的两极上。
专利摘要一种由Z－元件构成的三端力数字传感器，它属于传感技术领域，尤其涉及具有三端结构数字量输出性能的力传感器。它包含Z－元件(1)和限流电阻(R)，Z－元件(1)的一极和限流电阻(R)的一端相互串联连接，Z－元件(1)的另一极和限流电阻(R)的另一端分别连接直流电源(E)或地，外力(F)加在Z－元件(N)极上，P极接固定支撑(G)，限流电阻(R)与Z－元件(1)的连接端为信号输出端(Vo)，以上连接中Z－元件(1)的P极接高电位、N极接低电位。它解决了目前采用常规力敏元件的传感器存在的硬件系统复杂、成本高、应用范围受限的问题。
文档编号G01L1/14GK2634454SQ03260388
公开日2004年8月18日 申请日期2003年8月13日 优先权日2003年8月13日
发明者李哲, 李庆余, 付云鹏, 王天荣, 李成 申请人:哈尔滨理工大学