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帶有機械的過度力轉移機構的力傳感器的制造方法
【專利摘要】本發明涉及帶有機械的過度力轉移機構的力傳感器。一種力傳感器系統包括殼體組件、傳感器、致動器、和致動器行程止動件。傳感器設置在殼體組件內，并且被配置為產生代表提供給該傳感器的力的傳感器信號。致動器設置成至少部分地位于殼體組件之內，并且相對該殼體組件可移動。致動器從殼體組件延伸并適于接收輸入力。致動器設置成，在接收輸入力時，移向傳感器、并將輸入力傳遞至傳感器。致動器行程止動件設置在殼體組件內，并且位于殼體組件和致動器的一部分之間。致動器行程止動件配置成選擇性地通過致動器來接合，并且，當由致動器接合時，限制致動器向傳感器的移動，并且限制了將輸入力向傳感器的傳遞。
【專利說明】帶有機械的過度力轉移機構的力傳感器
【技術領域】
[0001]本發明總體涉及力傳感器，尤其涉及一種帶有機械的過度力轉移機構的力傳感器。
[0002]摶術領域
[0003]力傳感器用于多種系統和環境中。對于某些環境和系統，力傳感器可能需要在相對低的力水平上提供相對高的分辨率。為了滿足這一目的，一些力傳感器設置成通過增加傳感器靈敏度或通過增加信號處理電路中放大階段的增益來加強輸出信號。這后一種方法可給設計帶來潛在的噪聲問題，它可以影響穩定性和精度。前一種方法可使傳感器易遭受過度力的事件的影響。雖然存在多種方法來滿足在低力水平上的更高分辨率的需要，但這些方法并不能提供這樣一種力傳感器，其可保護以不受過度力事件影響及緊湊包裝。
[0004]因此，需要力傳感器的封裝級過度力保護，該力傳感器在低的力水平上展示出相對較高的分辨率。本發明至少滿足這方面的需要。
發明概要
[0005]在一個實施例中，一種力傳感器系統包括殼體組件、傳感器、致動器、和致動器行程止動件。所述傳感器設置在殼體組件內，并且被配置為產生代表提供給該傳感器的力的傳感器信號。所述致動器設置成至少部分地位于所述殼體組件之內，并且相對該殼體組件可移動。所述致動器從所述殼體組件延伸并適于接收輸入力。所述致動器設置成，在接收輸入力時，移向傳感器、并將輸入力傳遞至傳感器。所述致動器行程止動件設置在所述殼體組件之內，并且位于所述殼體組件和所述致動器的一部分之間。所述致動器行程止動件被配置成選擇性地由所述致動器接合，并且，當由所述致動器接合時，限制所述致動器向所述傳感器的移動，并且因此還限制了將輸入力向所述傳感器的傳遞。
[0006]在另一個實施例中，力傳感器系統包括殼體組件，傳感器，致動器，力傳遞凝膠，和致動器行程止動件。所述殼體組件至少限定了傳感器腔。該傳感器位于傳感器腔內，并且被配置成產生代表提供給該傳感器的力的傳感器信號。所述致動器至少部分位于所述殼體組件內，并且可相當于該殼體組件移動。所述致動器從所述殼體組件延伸，并適于接收輸入力。所述致動器被配置成，在接收輸入力時，移向傳感器，并將輸入力傳遞給傳感器。所述力傳遞凝膠位于傳感器腔內并在所述致動器和所述傳感器之間，以將輸入力傳遞給傳感器。所述致動器行程止動件位于所述殼體組件內，并位于所述殼體組件和所述致動器的一部分之間。所述致動器行程止動件被配置成選擇性的由所述致動器接合，并且，當由所述致動器接合時，將輸入力的至少一部分傳遞給殼體組件，并且限制所述致動器向所述傳感器的移動，并且因此還限制了將輸入力向所述傳感器的傳遞。
[0007]在另一個實施例中，力傳感器系統包括殼體組件，傳感器，致動器，和致動器行程止動件。所述殼體組件帶有傳感器殼和連接至該傳感器殼的蓋。所述蓋帶有形成于其內的致動器開口。所述傳感器位于傳感器部分內，并被配置成產生代表提供給該傳感器的力的傳感器信號。所述致動器至少部分位于所述殼體組件內，并且可相對于該殼體組件移動。所述致動器穿過致動器開口延伸，并適于接收輸入力。該致動器被配置成，在接收輸入力時，接合傳感器，并將輸入力傳遞給傳感器。所述致動器行程止動件位于所述致動器和所述蓋之間，并且被配置成選擇性的由所述致動器接合，并且當由所述致動器接合時，將輸入力的至少一部分傳遞給所述殼體組件并限制所述致動器向傳感器的移動和輸入力向所述傳感器的傳遞。
[0008]進一步地，從后面的詳細描述和所附的權利要求來看，結合附圖和前述背景，所述力傳感器的其它需要的特性及特征將是顯而易見的。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0009]本發明將在下文中結合附圖進行說明，其中相同的數字表示相同的元件，其中:
[0010]圖1不出了力傳感器一個實施例的剖視圖；和
[0011]圖2示出了力傳感器的另一個實施方案的分解平面圖。
【具體實施方式】
[0012]下面的詳細描述本質上僅僅是示例性的，而不是用于限制本發明或本發明的應用及使用。如本文所使用的詞語“示例性”意味著“用作示例、實例或說明”。因此，這里作為“示例性的”描述的任何實施例不一定被解釋為較之其它實施例是優選的或具有優勢。這里描述的所有實施例都是示例性實施例，其可使本領域的技術人員能夠制造或使用本發明，并且不限制本發明由權利要求限定的范圍。另外，在前面的【技術領域】、【背景技術】、
【發明內容】
或者下面的詳細描述中所提出的任何明示或暗示的理論并無約束之意。
[0013]首先參考圖1，其描繪的是一個力傳感器系統100的一個實施例的剖視圖，并且包括殼體組件102、傳感器組件104、致動器106和致動器行程止動件108。所述殼體組件102包括傳感器殼112和蓋114。傳感器殼112包括第一開口 113、第二開口 115以及內表面116，該內表面限定在第一和第二開口 113、115之間的腔118。所述蓋114，具有穿過其形成的開口 117，連接到所述傳感器殼112。所述傳感器組件104連接到所述傳感器殼112并且橫跨所述第一開口 113，且傳遞機構122連接到所述傳感器殼112并且橫跨所述第二開口115。因此，所述腔118被圍封。在所述實施例中，力傳遞介質124位于腔118內。所述力傳遞介質124將施加到所述傳遞機構122的輸入力，通過致動器106，傳遞至所述傳感器組件104。在所述實施例中，所述力傳遞介質124是一種合適的凝膠，但在其它實施例中它可以是液體，例如油、或者，如在下面將要進一步描述的，所述致動器106可直接接觸所述傳感器組件104。
[0014]所述傳感器組件104包括基板126和傳感器128。所述基板126設置在傳感器殼112的所述第一開口 113上方，并且連接到一個或多個輸出連接器引腳132。所述基板126在其上可具有合適電路軌跡，或其它適合的裝置，用于將所述傳感器128電連接到所述輸出連接器的引腳132上。所述傳感器128通過粘合劑、焊料或其它適當的方式安裝在基板126上，并且，至少在本實施例中，包括安裝部分134和隔膜136。所述安裝部分134用于將所述傳感器128安裝到所述基板126上。所述隔膜136形成于所述安裝部分134中，并且具有一個或多個形成于其上的感測元件以感測所述隔膜136的偏轉。所述感測元件可以是壓敏電阻器，并且可以包括信號調節電路。無論其具體實現方式，所述傳感器128都被配置成產生一個代表提供給該傳感器的力的傳感器信號。
[0015]所述致動器106可至少部分地設置在所述殼體組件102之內，并可相對于所述殼體組件102移動。更具體地，至少在描述的實施例中，所述致動器106延伸經過所述蓋114中的開口 117，并且被可移動地捕獲在所述傳感器殼112和所述蓋114之間。致動器106適于接收輸入力，并且被設置成，在接收輸入力時，移向傳感器128、并將輸入力傳遞至傳感器128。圖1中所示的所述致動器106基本上是圓形的、按鈕形裝置。然而，可以理解的是，這僅僅是示例性的一種配置，且所述致動器106可采用多種配置形式和實現方式。
[0016]所述致動器行程止動件108也設置在所述殼體組件102內，并且至少在本實施例中，被設置在所述殼體組件102和所述致動器106的一部分之間。致動器行程止動件108，配置成選擇性地通過所述致動器106來接合，并且，當由所述致動器106接合時，限制所述致動器106向所述傳感器128的移動，并且因此還限制了將輸入力向所述傳感器128的傳遞。盡管所述致動器行程止動件108的配置和實現方式可能會有所不同，在所示的實施方式中，所述致動器行程止動件108是使用墊片來實現的。可以理解的是，在其它的實施例中，所述致動器行程止動件108可以與所述殼體組件102 —體形成。例如，它可形成為一體的唇部或凸起珠，該珠可在施加預定的壓力時稍微塌陷。在其他實施例中，所述致動器行程止動件108可以形成在所述致動器106上。
[0017]如上所述，在某些實施例中，所述致動器106可直接接觸所述傳感器組件104。圖2描繪了這樣一個實施例，現在將進行描述。這樣做時，需要注意的是，在圖1和圖2中相同的附圖標記代表了相同元件。所示力傳感器系統200包括殼體組件102、傳感器組件104、致動器106和致動器行程止動件108。所述殼體組件102包括傳感器殼112和蓋114。傳感器殼112包括第一開口 113，和內表面116，該內表面限定腔118。所述蓋114，具有穿過其形成的開口 117，連接到所述傳感器殼112并且覆蓋所述第一開口 113。所述傳感器組件104設置在所述腔118之內，并且連接到所述傳感器殼112上。
[0018]所述傳感器組件104包括上密封件202、下密封件204、和傳感器128。所述上密封件202設置在所述蓋和所述傳感器128之間。所述下密封件204，其優選是導電密封件，設置在所述傳感器128和傳感器殼112之間，并且將所述傳感器電連接至一個或多個輸出連接器引腳132上。傳感器128通過任何多個適當裝置中的任一種，安裝在所述下密封件204上，并且至少在本實施例中，采用類似于圖1中所示的傳感器128來實現。無論其具體實現方式，所述傳感器128都被配置成產生代表提供給該傳感器的力的傳感器信號。
[0019]所述致動器106可至少部分地設置在所述殼體組件102之內，并可相對于所述殼體組件102移動。更具體地，至少在本實施例中，所述致動器106延伸經過所述蓋114中的開口 117，并且在其中被可移動地捕獲。致動器106適于接收輸入力，并且被設置成，在接收輸入力時，移向傳感器128、并將輸入力傳遞至傳感器128。圖2中所示的所述致動器106包括基本上是圓形的、按鈕形輸入裝置206，其具有與其相連的力傳遞引腳208。然而，可以理解的是，這僅僅是示例性的一種配置，且所述致動器106可采用多種配置形式和實現方式。
[0020]所述致動器行程止動件108設置在所述殼體組件102和所述致動器106的一部分之間。特別地，其設置在所述輸入裝置206和所述蓋114之間。如前面實施例所示，所述致動器行程止動件108配置成選擇性地通過所述致動器106來接合，并且，當由所述致動器106接合時，限制所述致動器106向所述傳感器128的移動，并且因此還限制了將輸入力向所述傳感器128的傳遞。盡管所述致動器行程止動件108的配置和實現方式可能會有所不同，在所示的實施方式中，所述致動器行程止動件108是使用墊片來實現的。可以理解的是，在其它的實施例中，所述致動器行程止動件108可以與所述殼體組件102 —體形成。例如，它可形成為一體的唇部或凸起珠，該珠可在施加預定的壓力時稍微塌陷。在其他實施例中，所述致動器行程止動件108可以形成在所述輸入裝置206上。
[0021]在所有所述的實施例中，所述致動器行程止動件108的尺寸被設置成使得傳感器128可以提供滿刻度輸出，但限制所述致動器106的運動到遠低于所述傳感器128的爆表力的量。將適當尺寸的所述致動器行程止動件108放置在所述致動器106和所述殼體組件102之間，限制了所述致動器的過量移動量，并且同時限制了傳遞至所述傳感器128的力。在一個特定的實施例中，所述力限制到所述傳感器128工作范圍的兩倍。任何大于該值的力，都會傳遞至所述致動器行程止動件，并且然后傳遞至所述殼體組件102和外部環境。
[0022]本領域的技術人員都會意識到，本文中所披露的，與各實施例結合描述的各種說明性邏輯塊、模塊、電路、和算法步驟，都可實施為電子硬件、計算機軟件、或兩者的組合。其中上面描述的一些實施方式和實現方式都是從功能性和/或邏輯塊部分(或模塊)以及各種處理步驟的方面來描述的。然而，可以理解的是，這些塊部分(或模塊)可以通過任意數量的硬件、軟件、和/或固件部件來實現，它們被配置成執行規定的功能。為了清楚說明硬件和軟件的可互換性，各種說明性的部件、框、模塊、電路、和步驟已經基本上在它們的功能方面進行描述。將此功能性實施為硬件或軟件，取決于加到整個系統時的特定的應用和設計約束。對于每個特定應用，本領域技術人員都可以采用各種方式來實現所描述的功能，但這種實現方式的決定不應被解釋成背離了本發明的范圍。例如，一個系統或部件的實施例，可采用各種集成電路部件，如，存儲器元件、數字信號處理元件、邏輯元件、查找表等，它們可以在一個或多個微處理器或其它控制設備的控制下實現各種功能。此外，本領域的技術人員可以理解的是，這里描述的實施例僅僅是示范性的實施方式。
[0023]本文中所披露的，與各實施例結合描述的各種說明性邏輯塊、模塊、電路，都可利用通用處理器、數字信號處理器(DSP)、專用集成電路(ASIC)、現場可編程門陣列(FPGA)或其它可編程邏輯裝置、離散門或晶體管邏輯、離散硬件組件，或設計成執行在此描述的功能的它們的任意組合來實施或執行。一個通用處理器可能是微處理器，然而在另外的方法中，處理器也可以是任何常規的處理器、控制器、微控制器或狀態機。一個處理器也可以被實施為計算設備的組合，例如，DSP和微處理器的組合、多個微處理器、帶有DSP核心的一個或多個微處理器，或任何其它此類配置。
[0024]本文中所披露的，與各實施例結合描述的方法或算法的各步驟，都可直接在硬件、由處理器執行的軟件模塊、或兩者的組合來體現。軟件模塊可駐留在RAM存儲器、快閃存儲器、ROM存儲器、EPROM存儲器、EEPROM存儲器、寄存器、硬盤、可移動磁盤、CD-ROM、或本領域已知的任何其它形式的存儲介質中。示范性存儲介質耦合到所述處理器，以使得所述處理器可從所述存儲介質中讀取信息、并寫入信息到存儲介質中。在另一形式中，存儲介質與處理器可以是一體的。處理器和存儲介質可以駐留在ASIC中。該ASIC可駐留在一個用戶終端中。在替代方案中，處理器和存儲介質可以作為離散部件駐留在用戶終端中。
[0025]在本文中，關系術語如第一和第二，及類似術語，可被僅用來將一個實體或動作與另一個實體或動作進行區分，而不一定要求或暗示在這樣的實體或動作之間存在任何實際這樣的關系順序。這種序數詞，像“第一”、“第二”、“第三”等，僅僅表示多個中的不同個體，且并不是暗示任何次序或順序，除非是特別由權利要求語言所限定的。任何權利要求內容中的順序，并不暗示處理步驟必須根據此類順序以時間上或邏輯上的順序來執行，除非該權利要求中的語言另有說明。這些處理步驟可以按任何次序互換，而不會偏離本發明的范圍，只要這種互換不與權利要求的語言相矛盾且不是不合邏輯的。
[0026]此外，根據上下文，詞語例如“連接”或“耦合到”用于描述不同元件之間的關系，并不意味著必須在這些元件之間直接進行物理連接。例如，兩個元件可以彼此物理地、電子地、邏輯地或以任何其它方式，通過一個或多種其它元件連接。
[0027]雖然在本發明前面的詳細描述中，給出了至少一個示例性的實施例，但應當理解的是，還存在眾多變型。應當可以理解的是，示例實施例或多個示例性實施例僅作為例子，而決不打算其以任何方式對本發明的范圍、適用性、或結構進行限制。相反，前面的詳細描述將為本領域技術人員來實現本發明的示例性實施例提供一個便捷的引導。應當理解的是，在不背離如所附權利要求限定的本發明的范圍的情況下，可以對示例性實施例中描述的元件的功能和布置作出各種改變。
【權利要求】
1.一種力傳感器系統，包括: 殼體組件； 傳感器，設置在所述殼體組件內，并且所述傳感器被配置為產生代表提供給該傳感器的力的傳感器信號； 致動器，其設置成至少部分地位于所述殼體組件之內，并且可相對該殼體組件移動，所述致動器從所述殼體組件延伸并適于接收輸入力，所述致動器設置成，在接收輸入力時，移向傳感器、并將輸入力傳遞至傳感器 '及 致動器行程止動件，設置在所述殼體組件內，并且位于所述殼體組件和所述致動器的一部分之間，所述致動器行程止動件配置成選擇性地通過所述致動器來接合，并且，當由所述致動器接合時，限制所述致動器向所述傳感器的移動，并且限制了向所述傳感器傳遞的輸入力。
2.如權利要求1所述的力傳感器系統，其中: 所述致動器行程止動件，當由所述致動器接合時，傳遞所述輸入力的至少一部分至所述殼體組件； 所述殼體組件限定傳感器腔，所述傳感器設置于其中；并且 所述傳感器系統進一步包括力傳遞介質，其設置在傳感器腔內并在所述致動器和所述傳感器之間，以將所述輸入力傳遞至所述傳感器。
3.如權利要求2所述的力傳感器系統，其中，所述力傳遞介質包括凝膠。
4.如權利要求1所述的力傳感器系統，其中，所述殼體組件包括: 傳感器殼，傳感器殼具有設置于所述傳感器殼中的所述傳感器；和 蓋，連接到所述傳感器殼上，所述蓋具有形成于其內的致動器開口，所述致動器延伸通過所述致動器開口。
5.如權利要求4所述的力傳感器系統，其中，所述致動器行程止動件包括設置在所述傳感器殼和所述蓋之間的墊片。
6.如權利要求4所述的力傳感器系統，其中，所述致動器行程止動件包括設置在所述致動器和所述蓋之間的墊片。
7.如權利要求1所述的力傳感器系統，進一步包括: 基板，設置成至少部分地位于所述殼體組件內，所述傳感器連接到所述基板。
8.如權利要求1所述的力傳感器系統，進一步包括: 多個引線，連接到所述基板并從所述殼體組件延伸，所述引線設置成將所述傳感器電連接到外部系統。
9.如權利要求1所述的力傳感器系統，其中，所述致動器行程止動件與所述殼體組件一體形成。
10.如權利要求1所述的力傳感器系統，所述致動器行程止動件與所述致動器一體形成。
【文檔編號】G01L1/26GK103728068SQ201310590525
【公開日】2014年4月16日 申請日期:2013年10月10日 優先權日:2012年10月11日
【發明者】R·A·沃德 申請人:霍尼韋爾國際公司