传感器结构和交互式设备的制作方法

本实用新型涉及机械技术，尤其是一种传感器结构和交互式设备。

背景技术：

现有技术中，跳舞机踏板里大多设置有压力开关，用于感知机器使用者的压力状态。通常，踏板内设置有压力开关及其配合结构，包括传感器单元、线束以及连接器等。其中，作为人体压力探测单元的传感器单元通常采用具有薄膜开关的、由上下两层导电薄膜构成的结构。当人体施压对应的压力于薄膜开关上时，会触发相应导电层的传感触点，控制输出电路的通断。但这种传感器结构只能判断是否有压力施加，无法感知施加压力的大小，因此一般用于控制输出电路的通断，无法根据使用者的压力力度大小进行对应的控制调节。

技术实现要素：

本实用新型的目的旨在至少解决上述技术缺陷之一，特别是解决压力开关无法感知使用者压力大小的问题。

本实用新型提供了一种传感器结构，包括外壳和扣合于外壳上的面盖，外壳上部开设有压杆孔；按压部件下端穿过压杆孔并通过按压弹性复位件抵持于外壳下部，上端凸起于外壳外部；面盖内侧设置有感应电路板，感应电路板上设置有触点；

外壳内设置有旋转臂，旋转臂的一端为固定于外壳上的固定端，另一端为连接有碳刷的旋转端；按压部件上设有压拨部，所述压拨部抵持于旋转臂的固定端与旋转端之间，并可使旋转臂绕所述固定端正向转动，以使碳刷在感应电路板的触点上移动，触点产生与碳刷位置相关的电信号；外壳上还固定有使旋转臂反向转动的转动弹性回复件。

优选地，按压部件包括固定连接的连接部和压杆，连接部和压杆的连接处形成台阶面朝下的压拨部；旋转臂中部设置有通孔，压杆贯穿至通孔下部，所述台阶面抵持于通孔上，并使连接部位于通孔上部。

优选地，按压部件上端设有压盘；压盘位于外壳外部，其下部固定于连接部上；连接部上设置有防止按压部件从压杆孔弹出的限位凸起。

优选地，外壳下部设有支座，支座内设置有与按压部件下端位置相对的导向槽，导向槽内设置有按压弹性复位件。

优选地，按压部件下端为中空的盲孔，按压弹性复位件的上部插设于所述盲孔内，下部抵持于外壳下部，且压弹性复位件的轴向长度大于所述盲孔的深度。

优选地，转动弹性回复件为扭簧；旋转臂的固定端远离面盖的一侧设置有轴孔，所述轴孔套于外壳1内部的固定轴上；旋转臂的固定端靠近面盖的一侧设置有所述扭簧，所述扭簧的一条扭转臂抵持于旋转臂中部下方，另一条扭转臂抵持于外壳内壁上。

优选地，旋转臂的旋转端靠近面盖的一侧设置有容置孔，所述容置孔内设置有压力弹性件；碳刷通过所述压力弹性件抵持于感应电路板的触点上。

优选地，触点包括通过碳刷导通的公共端和输出端；公共端和输出端的中心线为以旋转臂的固定端为圆心的同心圆弧，输出端的电信号与碳刷的位置相对应。

优选地，面盖上设置有插线孔，公共端和输出端的输出端子位于所述插线孔内。

本实用新型还提出一种交互式设备，该交互式设备包括前述任一项所述的传感器结构。

本实用新型的有益效果如下：

1、本实用新型通过触点产生的电信号即可计算出施加于按压部件上的外力大小，不仅可获知是否有外力作用于按压部件上，还可计算作用于按压部件上的外力大小，有利于用户根据外力大小更精细地控制对应的输出电路；而且，旋转臂还具有将按压部件的位移放大的作用，从而使得作用于按压部件上的外力大小测量更准确，提高了本实用新型传感器结构的测量精度。

2、本实用新型中的旋转臂的固定方式和转动复位方式简单，易于组装，组件成本低，且运动过程稳定，外力的测量精度高。

本实用新型附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。

附图说明

本实用新型上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为本实用新型传感器结构实施例的外部立体结构示意图；

图2为本实用新型传感器结构实施例的拆掉面盖后的立体结构示意图；

图3为本实用新型传感器结构实施例的爆炸结构示意图；

图4为本实用新型传感器结构实施例未施加外力的透视结构示意图；

图5为本实用新型传感器结构实施例施加外力的透视结构示意图；

图6为本实用新型传感器结构实施例中的触点结构示意图；

图7为本实用新型传感器结构实施例中的触点结构示意图。

标号说明：

外壳1，压杆孔11，旋转臂2，通孔21，转动弹性复位件3，感应电路板4，触点41，公共端411，输出端412，碳刷6，碳刷压簧7，按压弹性复位件8，按压部件9，压盘91，连接部92，限位凸起921，压杆93，支座10，导向槽101。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能解释为对本实用新型的限制。

本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本实用新型的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。应该理解，当我们称元件被“连接”到另一元件时，它可以直接连接到其他元件，或者也可以存在中间元件。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的全部或任一单元和全部组合。

本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)，具有与本实用新型所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语，应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样被特定定义，否则不会用理想化或过于正式的含义来解释。

如图1-图3所示的实施例，本实用新型提出一种传感器结构，包括外壳1和扣合于外壳1上的面盖5，外壳1上部开设有压杆孔11；按压部件9下端穿过压杆孔11并通过按压弹性复位件8抵持于外壳1下部，上端凸起于外壳1外部；面盖5内侧设置有感应电路板4，感应电路板4上设置有触点41。当使用者对按压部件9上端施加向下的外力时，按压部件9向下运动，压缩按压弹性复位件8，使按压弹性复位件8存储弹性势能；当使用者松开按压部件9上端时，按压弹性复位件8释放弹性势能，在回复力的作用下推送按压部件9向上运动，以恢复至未施加外力的初始状态。

外壳1内还设置有旋转臂2，旋转臂2的一端为固定于外壳1上的固定端，另一端为连接有碳刷6的旋转端；按压部件9上设有压拨部，所述压拨部抵持于旋转臂2的固定端与旋转端之间，并可使旋转臂2绕所述固定端正向转动，结合图4所示，以使碳刷6在感应电路板4的触点41上移动，触点41产生与碳刷6位置相关的电信号；外壳1上还固定有使旋转臂2反向转动的转动弹性回复件3。在使用者对按压部件9施加向下的外力时，除需要克服按压弹性复位件8的回复力之外，还需克服转动弹性回复件3的回复力，以使旋转臂2在外力消失时，恢复至未施加外力的初始状态；同时，按压部件9的压拨部也将对旋转臂2施加旋转力矩，结合图4所示的方向所示，所述压拨部将对旋转臂2施加向下的作用力，以使旋转臂产生顺时针方向的旋转力矩，旋转臂2绕所述固定端转动，从而使所述旋转端的碳刷6转动，触点41根据碳刷6的转动而产生变化的电信号；同时，转动弹性回复件3亦将存储弹性势能，以当该电信号接入控制系统时，控制系统即可根据所述电信号得知旋转臂2的旋转力矩，进而获知施加于按压部件9上的外力大小。当施加于按压部件9上的外力消失时，转动弹性回复件3使旋转臂2恢复至初始状态。

在本实用新型的实施例中，通过触点41产生的电信号即可计算出施加于按压部件9上的外力大小，故，本实用新型的传感器结构不仅可获知是否有外力作用于按压部件9上，还可计算作用于按压部件9上的外力大小，有利于用户根据外力大小更精细地控制对应的输出电路。在本实用新型中，虽然通过测量或计算按压部件9与按压弹性复位件8的位移，亦可获知作用于按压部件9上的外力大小，但旋转臂2的结构与杠杆类似，旋转臂2与按压部件9的相接处(亦即所述压拨部)距离旋转臂2的固定端近，旋转臂2的旋转端距离所述固定端远，故，在外力相同的情况下，旋转臂2与按压部件9相接处的位置的旋转位移，将小于旋转臂2的旋转端的旋转位移，故旋转臂2还具有将按压部件9的位移放大的作用，从而使得作用于按压部件9上的外力大小测量更准确，提高了本实用新型传感器结构的测量精度。

在本实用新型中所述的“上”、“下”均为相对概念，例如“上部”、“下部”为相对的两个方位，而并不代表实际应用中的朝向；本实用新型在实际应用中的朝向可根据具体情况而改变；例如图4中的传感器结构亦可顺时针或逆时针转动90°放置，而并不影响本实用新型传感器结构的功能。

在上述实施例中，所述压杆孔11的形状可与按压部件9的上端相配合，以使按压部件9既可在压杆孔11中上下运动，又保证外壳1与面盖5扣合形成的容纳腔体的密封性，从而提高传感器结构的使用寿命。按压弹性复位件8可为压缩弹簧，亦可为由具有弹性的材料制成的弹性体。感应电路板4可设置于面盖5的内侧，以使所述容纳腔体内的碳刷6与感应电路板4相对设置。

转动弹性回复件3可为扭簧，亦可为其它可对旋转臂2产生反向转动力矩的弹性件。转动弹性回复件3可固定于外壳1上，亦可固定于面盖5上，只需使其至少一个扭转臂或具有回复力的组件抵持于旋转臂2上，以在旋转臂2正向转动时，可使该扭转臂或具有回复力的组件受力变形，并在外力消失时，可推动旋转臂2反向转动即可。

在本实用新型中，参考图2和图3所示，按压部件9可包括固定连接的连接部92和压杆93，连接部92和压杆93的连接处形成台阶面朝下的压拨部，以在对按压部件9施加向下的压力时，所述压拨部可向旋转臂2传递外力，使旋转臂2转动；旋转臂2中部设置有通孔21，压杆93贯穿至通孔21下部，所述台阶面抵持于通孔21上，并使连接部92位于通孔21上部。为保证按压部件9的下端穿过压杆孔11后可通过按压弹性复位件8抵持于外壳1下部，通孔21的横截面孔径应大于压杆93的直径，以使压杆93可在通孔21内上下运动；同时，通孔21的横截面孔径应小于连接部92的粗细，以使连接部92不会穿过通孔21，而是通过所述台阶面将外力传递给旋转臂2。本实用新型中的压杆93可直接抵持于按压弹性复位件8上，并使按压弹性复位件8可在压杆93与外壳1下部之间受压压缩与回复伸长。本实施通过所述台阶面向旋转臂2传递作用于按压部件9上的外力，结构简单，且传递的外力作用于旋转臂2中部的通孔21上，有利于使旋转臂2受力均衡，避免旋转臂2的左右晃动，提高外力的测量精度。

在本实用新型的又一实施例中，结合图2所示，按压部件9上端还设有压盘91；压盘91位于外壳1外部，其下部固定于连接部92上；连接部92上还设置有防止按压部件9从压杆孔11弹出的限位凸起921。本实施例中的压盘91不仅扩大了用户的按压面积，方便了用户使用，在压盘91的尺寸大于压杆孔11的尺寸时，还可避免用户将按压部件9按进外壳1内；而且，在用户松开压盘91后，按压部件9在按压弹性复位件8的回复力作用下向上回弹时，通过限位凸起921限定按压部件9回弹的位移量，从而避免因回复力过大而使按压部件9从外壳1中弹出的情况。按压部件9向上回弹时，限位凸起921可通过抵持于外壳1或面盖5上起到限位作用，亦可与预设的限位槽相配合起到限位作用。

在压盘91的尺寸大于压杆孔11的尺寸时，或压盘91无法穿过压杆孔11时，在按压弹性复位件8自然伸长的状态下，压盘91与压杆孔11之间应留有一定的位移间隙h，如图4所示，以使按压部件9可向下运动至图5所示的位置。

结合图4所示，在本实用新型的另一实施例中，外壳1下部还设有支座10，支座10内设置有与按压部件9下端位置相对的导向槽101，导向槽101内设置有按压弹性复位件8。在部分实施例中，由于压杆93需贯穿压杆孔11，或需同时贯穿压杆孔11与通孔21，故压杆孔11与通孔21的孔径均大于压杆93，从而导致按压部件9可能在压杆孔11与通孔21中产生晃动。本实施例在按压部件9的下端位置设置相对的导向槽101，以使按压部件9下端(或压杆93)沿导向槽101运动，从而减少晃动，提高传感器结构的稳定性。

在进一步地实施例中，按压部件9下端为中空的盲孔，按压弹性复位件8的上部插设于所述盲孔内，下部抵持于外壳1下部，且按压弹性复位件8的轴向长度大于所述盲孔的深度。本实施例将按压弹性复位件8插设于按压部件9下端的盲孔中，可进一步防止按压弹性复位件8因受压变形而移位，或因按压弹性复位件8与按压部件9下端(或压杆93)之间的相对位置发生变化，而使传感器结构失效或引起较大误差。当所述盲孔过深时，按压弹性复位件8可能无法在所述盲孔中被压缩，从而使按压弹性复位件8失去回复能力，故按压弹性复位件8的轴向长度至少应大于所述盲孔的深度，以使其不至于在自然伸长的状态下完全容纳与所述盲孔中；在实际应用中，所述盲孔的深度可根据按压弹性复位件8的轴向长度、位移间隙h等因素确定。本实施例可通过导向槽101引导按压部件9的上下运动方向，通过所述盲孔与导向槽101控制按压弹性复位件8的方向，进一步提高了传感器结构的稳定性。

在本实用新型的一个实施例中，转动弹性回复件3可以为扭簧；旋转臂2的固定端远离面盖5的一侧设置有轴孔，所述轴孔套于外壳1内部的固定轴上；旋转臂2的固定端靠近面盖5的一侧设置有所述扭簧，结合图2所示，所述扭簧的一条扭转臂抵持于旋转臂2中部下方，另一条扭转臂抵持于外壳1内壁上。当按压部件9受外力下压时，旋转臂2绕所述固定端顺时针旋转，压缩所述扭簧位于旋转臂2中部下方一条扭转臂，使所述扭簧存储弹性势能；当外力消失时，所述扭簧释放弹性势能，推动旋转臂2逆时针转动，回复至未受外力的初始状态。本实施例中的旋转臂2的固定方式和转动复位方式简单，易于组装，组件成本低。

为保证碳刷6与触点41之间的接触，如图3所示，在本实用新型的又一实施例中，旋转臂2的旋转端靠近面盖5的一侧设置有容置孔，所述容置孔内设置有压力弹性件；碳刷6通过所述压力弹性件抵持于感应电路板4的触点41上。当外壳1与面盖5扣合后，旋转臂2的旋转端与面盖5内侧的感应电路板4之间可具有一定的间隙，碳刷6即位于该间隙内；本实施例中的所述压力弹性件一端设置于所述容置孔内，另一端可将碳刷6抵持于感应电路板4的触点41上，避免出现碳刷6与触点41接触不良的问题。

结合图3所示，所述压力弹性件可以为压缩弹簧，碳刷6在靠近旋转臂2的一侧可设置较细的导向段，以使该导向段插入所述压缩弹簧中间的中空部，从而使碳刷6与旋转臂2的旋转端连接更稳定。进一步地，碳刷6靠近旋转臂2的一端亦可插入所述容置孔中，另一端抵持于触点41上；所述压力弹性件一端抵持于所述容置孔内，另一端抵持于碳刷6上，从而保证了碳刷6与旋转臂2侧向连接的稳定性，使得碳刷6的位移与旋转臂2的位移一致，不会发生滑移。

如图6所示的触点结构示意图，触点41可包括通过碳刷6导通的公共端411和输出端412；公共端411和输出端412的中心线为以旋转臂2的固定端为圆心的同心圆弧，输出端412的电信号与碳刷6的位置相对应。当公共端411和输出端412接入控制电路时，由于碳刷6位于不同位置，会导通公共端411和输出端412的不同位置，则可输出不同的电流或电压信号，根据该电流或电压信号即可计算出对应的碳刷6的位置以及对应的外力力度。本实施例将公共端411和输出端412设置为同心圆弧，与旋转臂2的转动半径相对应，且公共端与输出端之间的信号只通过碳刷6导通，通过导通点的变化引起输出电信号的变化，简化了电路结构，提高了传感器的输入精度。

在本实用新型的另一实施例中，如图1所示，面盖5上还设置有插线孔，公共端411和输出端412的输出端子位于所述插线孔内。当该传感器结构应用于具体产品中时，只需在所述插线孔内插入适配的端子，即可将公共端411和输出端412的电信号输出至对应的电路或芯片中，以便检测作用于按压部件9上的按压力度。所述插线孔可与现有的水晶插头、接线座等插座结构相匹配，以提高其适配性。本实施例简化了传感器结构应用于多种场合的适配接口，有利于扩大传感器结构的适用范围，简化产品组装方式，降低用户使用难度。

结合图1-图7所示，在本实用新型的一个具体实施例中，所述传感器结构包括传感器的外壳1、旋转臂2、作为转动弹性回复件3的复位扭簧、感应电路板4、传感器的面盖5、碳刷6、作为所述压力弹性件的碳刷压簧7、作为按压弹性复位件8的压杆复位弹簧、按压部件9和用于导向压杆复位弹簧变形方向的支座10。旋转臂2的固定端一侧通过轴孔与传感器的外壳1固定连接，另一侧设置有复位扭簧，当旋转臂2绕传感器的外壳1上的旋转轴旋转时，复位扭簧提供旋转臂2的复位扭力。旋转臂2的旋转端套接有碳刷6及碳刷压簧，在靠近碳刷6的一侧还设置有感应电路板4，感应电路板4固定在感应器的面盖5上。碳刷压簧保持压缩状态，以确保碳刷6在碳刷压簧的回复力作用下，与感应电路板4持续紧密接触，进而使碳刷6与感应电路板4的触点41接触通电。按压部件9包括一体设计的压盘91、竖直的压杆93及连接部92，传感器的外壳1上设置有压杆孔11，压杆93穿设于压杆孔11内，压盘91设置在传感器外部，以限制按压部件9的下移位置。旋转臂2在靠近固定端的中部还设置有一通孔21，压杆9穿设于该通孔，可以在通孔内沿其轴线上下运动。传感器的外壳1上与压杆93相对的位置还设置有压杆复位弹簧及支座10，支座10开设有供压杆93在其内移动的导向槽101，压杆93与支座10活动连接。压杆复位弹簧设置在支座10的导向槽101内，一端固定于传感器的外壳1上，另一端穿设在压杆93的中心盲孔内；当压盘91上没有外力时，压杆复位弹簧自然伸长；当压盘91上具有向下的外力时，压杆复位弹簧受压收缩。连接部92上设置有限位凸起921，当按压部件9上移预设距离时，限位凸起921可抵持于外壳1或面盖5上，以限制压杆9的上移位置。当用户施加作用力于压盘91上时，压杆39向下移动，连接部92的下端压拨旋转臂2绕外壳1上的旋转轴向下旋转，使碳刷6在感应电路板4上的触点41上滑动；如图7所示，碳刷6可沿图中的箭头A方向滑动至下方的虚线位置。在滑动过程中，碳刷6保持与感应电路板4接触，并导通公共端411和输出端412之间不同的接触点。当所述作用力减小或消失时，压杆93向上移动，压杆复位弹簧协助按压部件9向上移动复位，复位扭簧提供旋转臂2和按压部件9的复位扭力，使碳刷6沿图中的箭头A方向复位。感应电路板4上设置有若干个输出端子，参见图7中的OUT端口，每个输出端子(OUT)分别与感应电路板4上的公共端子(参见图7中的COM端口)串接；当碳刷6滑动时，接通不同的输出端子(OUT)与公共端子(COM)之间的线路，得到不同的输出信号，根据该输出信号可计算出所接通的接触点位置，从而实现按压部件9位移的检测。通过检测的位移，可计算出使用者施加于压盘91上的作用力大小，从而便于根据使用者作用力大小进行相应的控制调节。

本实施例所提供的传感器结构应用于设备中时，相比于现有技术中的传感器结构，不仅可以通过检测是否有作用于按压部件9上的作用力，以进行电路的通断控制，还可以检测所述作用力的大小，以根据该作用力的大小进行相应的控制调节，为设备和用户之间的信息交互提供了依据。例如，当所述设备为跳舞机时，本实用新型的传感器结构可应用于跳舞机的踏板内，不仅可检测用户是否根据节奏踩踏踏板，还可检测用户踩踏踏板的力度，从而使得跳舞机可根据所述力度控制对应的灯光效果，达到更好的跳舞互动效果。

基于本实用新型的传感器结构，本实用新型还提出一种交互式设备，该交互式设备包括前述任一项所述的传感器结构，以使该交互式设备实现根据用户的作用力度输出不同控制效果的功能。

虽然本实用新型的背景技术及说明书中均以跳舞机为例，说明本实用新型在实际应用中的技术效果，但本实用新型的传感器结构可应用于多种设备中，例如乐器、电子开关等，而并不限于所述的跳舞机。

以上所述仅是本实用新型的部分实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。