宽量程传感器和检测方法

1.本公开属于传感器领域，尤其是一种宽量程传感器和检测方法。


背景技术：

2.现有的所有传感器量程有限(不管是柔性基底还是硬质基底)，很难在同一种传感原理、同一个传感单元中实现所有的测量量程需求。而在特定的应用环境下，要实现超宽范围测量，如1mg-100kg(满量程的精度都超过十万分之一)，且要满足一定的灵敏度情况下，将是件非常艰巨的挑战。


技术实现要素：

3.鉴于以上内容，有必要提供一种宽量程传感器和检测方法，在一定精度的条件下具有较宽的量程。
4.为此，本发明首先提供了一种宽量程传感器，包括：
5.支撑平台；
6.第一传感器，用于测量所述支撑平台在第一量程范围内的检测信号；
7.第二传感器，用于在所述检测信号位于第二量程范围时，切换至所述第二传感器测量所述支撑平台的检测信号。
8.优选地，所述第一传感器凸出于所述第二传感器，使得所述支撑平台依次与所述第一传感器和第二传感器接触。
9.优选地，还包括弹性件，所述弹性件设于所述第一传感器和第二传感器至少之一的下方。
10.优选地，所述弹性件包括具有至少两种弹性系数的支撑层。
11.优选地，所述第二传感器包括一容腔，所述第一传感器位于所述容腔内并且凸出于所述第二传感器。
12.优选地，所述弹性件设于所述容腔内并且位于所述第一传感器的下方，用于支撑所述第一传感器使得所述第一传感器凸出于所述第二传感器。
13.优选地，所述第一量程的最大值小于或者等于所述第二量程的最小值，并且所述第一传感器的测量精度大于所述第二传感器的测量精度。
14.此外，本发明还提供了一种宽量程传感器的检测方法，包括以下步骤：
15.在支撑平台的受力属于第一传感器的第一量程范围内时，所述第一传感器测量所述支撑平台的检测信号；
16.在所述支撑平台的检测信号属于第二传感器对应的第二量程时，切换第二传感器测量所述支撑平台的检测信号。
17.优选地，在所述支撑平台的检测信号属于第二传感器对应的第二量程时，切换第二传感器测量所述支撑平台的检测信号包括：
18.在所述支撑平台的受力大于或者等于预设值时，所述第一传感器被所述支撑平台
挤压形变，使得所述支撑平台与所述第二传感器接触并挤压所述第二传感器。
19.优选地，所述第一传感器被所述支撑平台挤压形变包括：
20.所述支撑平台通过所述第一传感器压缩位于所述第一传感器下方的弹性件；
21.通过所述弹性件调整所述支撑平台的检测信号与所述第一传感器的形变量并根据所述形变量测量所述检测信号。
22.相较于现有技术，上述的宽量程传感器和检测方法使用第一传感器检测较低的量程范围内的检测信号，使得检测结果具有较高的精度；在检测信号超过第一传感器的量程范围后，切换至第二传感器进行检测，从而可以拓宽传感器的量程范围，整个传感器可以在保持一定精度的条件下具有较宽的量程范围。
附图说明
23.为了更清楚地说明本公开实施例技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本公开的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
24.图1是宽量程传感器的结构示意图。
25.图2是宽量程传感器的第一传感器检测状态下的结构示意图。
26.图3是宽量程传感器切换至第二传感器检测状态下的结构示意图。
27.主要元件符号说明
28.支撑平台10第一传感器20弹性件30第一支撑层31第二支撑层32第二传感器40负载50
29.如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。
具体实施方式
30.为了能够更清楚地理解本公开内容的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式进行详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术的实施方式及实施方式中的特征可以相互组合。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，所描述的实施方式仅仅是本公开的部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于公开的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式。
31.除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本技术领域的技术人员通常理解的含义相同。说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本技术。
32.各实施例中，为了便于描述而非限制本公开，本技术说明书以及权利要求书中使用的术语"连接"并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。"上"、"下"、"下方"、"左"、"右"等仅用于表示相对位置关系，当被描述对
象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也相应地改变。
33.图1是宽量程传感器的结构示意图。如图1所示，宽量程传感器包括支撑平台10、第一传感器20、弹性件30和第二传感器40。所述第一传感器20和第二传感器40通过在所述支撑平台10挤压下产生的形变测量所述检测信号。宽量程传感器在检测信号位于第一量程(低幅度)测量时通过第一传感器20进行检测，而在高幅度测量时，切换至第二传感器40进行检测，从而可以在保持高灵敏度的基础上，提高传感器的总量程。
34.具体的，如图1所示，支撑平台10纵截面大体呈“t”字形结构，包括承载面和连接杆，承载面可以是图1示出的水平面，用于承载测量的负载50，例如可以是被测的物体。连接杆一端连接承载面，另外一端沿竖直方向延伸。
35.第一传感器20用于测量所述支撑平台10的检测信号属于第一量程范围内的检测信号，例如，作为示例性的，第一传感器20的第一量程可以是1mg～100mg的范围的质量。第一传感器20可以是通过负载50的重力挤压造成的形变量来测量负载50的质量或者负载50的力信号，也可以检测电阻、电感等电信号，根据第一传感器20使用的材料，可以适用于多种检测信号。在正常状态下，第一传感器20凸出于第二传感器40，使得支撑平台10在负载50作用下向下移动过程中，能够首先与第一传感器20接触，使用第一传感器20检测负载50的检测信号，例如可以是负载50的质量或者重量。
36.第二传感器40用于在所述检测信号位于第二量程范围时，切换至所述第二传感器40测量所述支撑平台10的检测信号。在一些实施方式中，可以通过设置第一传感器20和第二传感器40的位置的不同，致使第一传感器20和第二传感器40位于支撑平台10的下方，并且第一传感器20比第二传感器40更接近支撑平台10，使得所述支撑平台10依次与所述第一传感器20和第二传感器40接触。在另外一些实施方式中，也可以在第二传感器40中设置一敞口的容腔，将第一传感器20配置于该容腔内，并且第一传感器20从该容腔的敞口凸出于第一传感器20的靠近支撑平台10的侧面。第二传感器40的类型与第一传感器20相同，第一传感器20和第二传感器40相比较而言，所述第一传感器20的量程的最大值小于或者等于所述第二传感器40的量程的最小值，并且所述第一传感器20的测量精度大于所述第二传感器40的测量精度。
37.这样，在支撑平台10的负载50为低幅度时(即位于第一量程内)，检测信号可以通过第一传感器20进行测量，从而具有较高的测量精度。而当支撑平台10的负载50为高幅度时(即位于第二量程内)，第一传感器20被支撑平台10挤压缩进容腔内，支撑平台10得以与第二传感器40接触并且挤压第二传感器40，从而可以通过第二传感器40测量检测信号。
38.发明人在实现上述传感器的过程中发现，由于传感器存在非线性的情况，以第一传感器20为例，第一传感器20在检测信号的幅值较小的情况下，例如，作为示例性的，检测信号的幅值在第一量程的前半段，第一传感器20的输出的力信号的幅值与支撑平台10的位移(即第一传感器20的形变量)为正比，显然，这种输出方式有利于检测信号的输出和调试，测量精度也更高。但，在检测信号为第一传感器20的后半段，可能存在输出的力信号的幅值与支撑平台10的位移处于非线性关系，即可能存在偏移或者位移的变化量很小也可能导致输出的力信号较大，导致测量精度降低以及传感器的调试困难。
39.为此，本实施方式中，该传感器还可以包括弹性件30，所述第一传感器20和所述弹性件30位于所述容腔内，所述弹性件30位于所述第一传感器20的下方并且支撑所述第一传
感器20，使得所述第一传感器20凸出于所述第二传感器40。
40.所述弹性件30设于所述第一传感器20的下方，用于支撑所述第一传感器20。在实践过程中，可以通过设置具有对应于第一传感器20的弹性系数的弹性件30，用于调整支撑平台10在检测过程中的位移，补偿第一传感器20的形变量。本领域技术人员可以通过有限次实验或者模拟，实现第一传感器20检测的力信号与支撑平台10的位移呈线性比例。在另外一些实施方式中，也可以在第二传感器40的下方增加一层弹性件30以支撑第二传感器40，用以补偿第二传感器40的位移。
41.在一些实施方式中，所述弹性件30包括具有至少两种弹性系数的支撑层。如图1所示，弹性件30包括第一支撑层31和第二支撑层32，第一支撑层31和第二支撑层32层叠设置，并且具有不同的弹性系数和厚度，从而可以调整弹性件30的整体的弹性系数，改善支撑平台10通过第一传感器20测量时的线性度。本领域技术人员理解，弹性件30也可以包含其他数量的支撑层，例如可以是三层、四层等。
42.以下结合图2和图3详细描述基于上述宽量程传感器实现的宽量程传感器的检测方法，该检测方法包括以下步骤。作为示例性的，以下实施例以传感器测量负载50的检测信号为重力(或者是质量)进行说明，但本领域技术人员也可以对负载50的其他类型的检测信号进行测量。
43.首先，将负载50放入支撑平台10内。以下对于负载50的重量进行区分说明。
44.图2是宽量程传感器的第一传感器20检测状态下的结构示意图。如图2所示：
45.1)如果负载50的重量较小，支撑平台10的受力属于第一传感器20的量程范围内。所述第一传感器20在弹性件30的支撑下测量所述支撑平台10的检测信号。此时，弹性件30和第一传感器20的形变较小(基本可以忽略)，通过第一传感器20可以检测出负载50的重力，支撑平台10的位移与受力基本呈线性关系，并且由于第一传感器20具有较好的敏感度和精确度，对负载50的测量的精度和准确性较高。
46.2)如果负载50的重量较大，但支撑平台10的受力仍然属于第一传感器20的量程范围内(例如处于第一量程的后半段)。由于第一传感器20的形变不再与受力呈线性关系，因此，在此种状况下，可以通过所述弹性件30调整所述支撑平台10的检测信号与所述第一传感器20的形变量并根据所述形变量测量所述检测信号。即，弹性件30的形变量能够补偿第一传感器20的形变量，使得支撑平台10总体的位移仍然能够与受力保持线性关系。
47.图3是宽量程传感器切换至第二传感器40检测状态下的结构示意图。如图3所示：
48.3)如果负载50的重量更大，超出了第一传感器20的第一量程的范围，此时，所述支撑平台10的受力大于或者等于所述预设值时，切换第二传感器40测量所述支撑平台10的检测信号。本步骤中，在所述支撑平台10的受力大于或者等于所述预设值时，所述第一传感器20和弹性件30被所述支撑平台10挤压形变，压缩至第二传感器40的容腔内，使得所述支撑平台10与所述第二传感器40接触并挤压所述第二传感器40，通过第二传感器40检测支撑平台10的重量。同时，由于第一传感器20位于容腔内，可以防止第一传感器20因过载而被破坏。此时，尽管第一传感器20仍对支撑平台10具有支撑作用，但由于第一传感器20的受力较小可以忽略，或者也可以根据第一传感器20的输出数据修正第二传感器40的测量数据，从而可以提高传感器的检测精度。
49.综上所述，上述的宽量程传感器和检测方法使用第一传感器20检测较低的量程范
围内的检测信号，使得检测结果具有较高的精度；在检测信号超过第一传感器20的量程范围后，切换至第二传感器40进行检测，从而可以拓宽传感器的量程范围，整个传感器可以在保持一定精度的条件下具有较宽的量程范围。
50.另外一方面，通过在第一传感器20的下方设置弹性件30，可以补偿支撑平台10的位移，使得支撑平台10的受力和位移总体呈线性关系，提高传感器的检测精度。
51.在所提供的几个具体实施方式中，应该理解到，对于本领域技术人员而言，显然不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本公开的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的。此外，显然“包括”一词不排除其他单元或步骤，单数不排除复数。第一，第二等词语用来表示名称，而并不表示任何特定的顺序。
52.以上实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照以上较佳实施方式对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本公开的方案进行修改或等同替换都不应脱离本公开的技术方案的精神和范围。