感测装置 |
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| 申请号 | CN201610366908.3 | 申请日 | 2016-05-30 | 公开(公告)号 | CN107449530A | 公开(公告)日 | 2017-12-08 |
| 申请人 | 鸿富锦精密工业(深圳)有限公司; 鸿海精密工业股份有限公司; | 发明人 | 吴宗儒; 张仁淙; | ||||
| 摘要 | 一种感测装置包括： 基板 ， 支撑 结构，以及至少2个应 力 感测部件；该支撑结构包括底端与触摸端，该底端设置在基板上，每个 应力 感测部件包括第一 电极 ，设置在第一电极上的压电材料层以及设置在压电材料表面的第二电极，该第一电极与第二电极分别与该压电材料层电性连接，该第一电极呈弧形，每个第一电极包括第一端与第二端，每个第一端与基板固定，且每个第一电极的第一端均匀分布在以支撑结构的底端为圆心、以其中的一个第一端与底端的距离为半径所形成的圆周上，每个第二端固定在底端与触摸端之间的同一高度处，该支撑结构的触摸端凸出于该第二端，该支撑结构的触摸端受到外界的压力时，该至少2个应力感测部件分别用于感测外界的压力的大小。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种感测装置，其包括：基板，支撑结构，以及至少2个应力感测部件； |
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| 说明书全文 | 感测装置技术领域背景技术[0002] 压力感测器的应用相当普遍，包含机器人、信息计算机领域、工业生产自动化、生医领域、无线生理监控及游戏机之游戏杆或手把等方面都可见压力感测器的利用。现有技术中压力感测器大部分系限于一维方向上应力的量测。 发明内容[0003] 有鉴于此，有必要提供一种能够多维测量应力的感测装置。 [0004] 一种感测装置，其包括：基板，支撑结构，以及至少2个应力感测部件；该支撑结构包括底端以及与底端相背的触摸端，该支撑结构的底端设置在基板上，每个应力感测部件包括第一电极，设置在第一电极上的压电材料层以及设置在压电材料表面的第二电极，该第一电极与第二电极分别与该压电材料电性连接，该第一电极呈弧形形状， 每个第一电极包括第一端与第二端，每个第一电极的第一端与基板固定，且每个第一电极的第一端均匀分布在以支撑结构的底端为圆心、以其中的一个第一端与底端的距离为半径所形成的圆周上，每个第一电极的第二端固定在支撑结构的底端与触摸端之间的同一高度处，该支撑结构的触摸端凸出于每个第一电极的该第二端，每个压电材料层的中心与该基板的距离相等，该支撑结构的触摸端受到外界的压力时，该至少2个应力感测部件分别用于感测外界的压力的大小。 [0006] 图1是本发明提供的感测装置的示意图。 [0007] 图2图1所示的感测装置的俯视图。 [0008] 图3是图1所示的感测装置的仰视图。 [0009] 主要元件符号说明感测装置 100 基板 10 上表面 11 信号线 112 下表面 12 电路板 20 支撑结构 30 应力感测组 40 应力感测部件 41、42、43、44 超声波发生装置 60 第一信号处理模块 50 第二信号处理模块 70 连接端口 80 底端 31 触摸端 32 第一电极 410 第二电极 430 压电材料层 420 第一端 411 第二端 412 容纳槽 110 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[0010] 下面将结合附图及实施例，对本发明提供的感测装置作进一步的详细说明。 [0011] 请参阅图1-3，一种感测装置100，其包括：基板10、电路板20，支撑结构30，应力感测组40，第一信号处理模块50、超声波发生装置60、第二信号处理模块70以及连接端口（connection port）80。 [0012] 该基板10用于起支撑作用。该基板10包括上表面11以及与上表面相背的下表面12。该基板10的上表面11沿四轴边缘开设有一环形凹槽110，该环形凹槽110用于埋设电连接该超声波发生装置60以及该第二信号处理模块70之间的信号线112（Signal transmit line ）。 [0013] 该电路板20设置在该基板10的下表面12上。 [0014] 该支撑结构30大致呈柱体形状，其包括底端31以及与底端31相背的触摸端32，该支撑结构30的底端31设置在基板10的上表面11上，该支撑结构30的材料为弹性材料，譬如橡胶，或者硅胶制成。该支撑结构30的触摸端32用于感受外界的压力，也即用于接受人的抚摸或者碰触。 [0015] 应力感测组40包括多个应力感测部件，请参阅图2，在本实施方式中，该应力感测部件的数量为4个，4个应力感测部件401、402、403、404共同用于测量X轴、Y轴、Z轴方向上的应力，也即应力感测组用于测量3维方向上的应力。 [0016] 每个应力感测部件包括第一电极410，沉积在第一电极410上的压电材料层420以及沉积在压电材料层420表面的第二电极430，该第一电极410与第二电极430分别与该压电材料层420电性连接。 [0018] 压电材料层420的压电材料可为单晶材料、高分子材料、薄膜材料、陶瓷材料、复合材料等，例如是PbZrTiO3、BaTiO3、ZnO、PVDF以及石英等材料，但不以此为限，而可为其它能产生压电信号的压电材料。 [0019] 该第一电极410呈弧形形状，使其避免应力集中而造成材料疲劳。优选地，相对的两个第一电极410形成半圆形状。每个第一电极410包括第一端411与第二端412，每个第一电极410的第一端411与基板10固定，且每个第一电极410的第一端411均匀分布在以支撑结构30的底端31为圆心、以其中的一个第一电极的第一端411与底端31的距离为半径所形成的圆周上。每个第一电极410的第二端412固定在支撑结构30的底端31与触摸端32之间的同一高度处，该支撑结构30的触摸端32凸出于每个第一电极410的该第二端412。每个压电材料层420的中心与该基板10的距离相等。触摸端32凸出于每个第一电极410的该第二端412是用于感触外界的压力。 [0020] 请参见图2，每个应力感测部件在该基板10上的投影与其相邻的应力感测部件在该基板10上的投影相互垂直，且相对的两个感测部件在该基板10上的投影位于同一条直线上。 [0021] 具体地，应力感测部件401、403相对设置，其在基板10上的投影位于同一条直线上，其用于测量X轴与Z轴方向上的应力，当应力感测部件401、403的该压电材料层发生形变（应变）时，分别会产生一个电压，根据形变量与电压的关系可以得出应力的大小，形变量沿水平方向的分量值可以用于测量X轴方向上的应力，形变量沿竖直方向的分量值可以用于测量Z轴方向上的应力。根据形变量与应力之间的关系表，就可以得出X轴、Z轴方向上的应力。 [0022] 应力感测部件402、404相对设置，其在基板10上的投影位于同一条直线上，其用于测量Y轴与Z轴上的应力，当应力感测部件402、404的该压电材料层发生形变时，分别会产生一个电压，根据形变量与电压的关系可以得出应力的大小，形变量沿水平方向的分量值可以用于测量Y轴方向上的应力，形变量沿竖直方向的分量值可以用于测量Z轴方向上的应力，根据形变量与应力之间的关系表，就可以得出Y轴、Z轴方向上的应力。 [0023] 该第一信号处理模块50设置在该电路板20上且与该4个应力感测部件30电性连接，该第一信号处理模块50内部建立有形变量、电压以及应力三者之间关系的资料库，该第一信号处理模块50用以从应力感测部件40处接收输出的电压信号，并对输出电压进行运算处理，将运算结果与资料库的数值进行比对，最终计算出应力的大小，以产生一第一输出信号。 [0024] 该超声波发生装置60以及该第二信号处理模块70通过嵌入的方式设置在该基板10上。该超声波发生装置50用于发出超声波，该第二信号处理模块70用于接收超声波发出的声音信号，当该超声波发生装置60发出的声音信号遇到障碍物时会发生反射被第二信号处理模块70接收，第二信号处理模块70会根据反射回的声音信号来计算距离障碍物的距离，从而产生一第二输出信号。譬如，第二输出信号可以是使安装有该感测装置100的产品前进或者后退或者改变前进方向的指令。 [0025] 该连接端口80电性连接于该第一信号处理模块50与第二信号处理模块70，该连接端口80用于接收该第一信号处理模块50与第二信号处理模块70输出的第一及第二输出信号并且执行第一及第二输出信号的命令。 [0026] 该感测装置100的工作原理是：该感测装置100可以设置在机器人、医疗器械或者玩具等产品上，该超声波发生装置60用于实时感测该感测装置100与障碍物的距离，具体地，该超声波发生装置60用于发出超声波信号，当超声波信号遇到障碍物时，超声波信号会发生反射被第二信号处理模块70接收，第二信号处理模块70可以根据接收到的超声波信号进行计算进而来判断与障碍物的距离从而输出一个第二信号。 [0027] 当该感测装置100的该触摸端32感测到人的抚摸或者碰触时，该超声波发生装置60停止发出超声波，进而是该应力感测组40开始工作，每个应力感测部件由于外力使该压电材料层420会发生形变（应变），从而产生一个电压，该第一信号处理模块50接收输出的该电压并对输出的该电压进行运算处理，以产生一第一输出信号，并且被该连接端口80接收，该连接端口80用于执行第一及第二输出信号发出的指令。 [0028] 综上所述，本发明提供的感测装置，将应力感测组与超声波发生装置集成在一起，与障碍物距离较远时可以利用超声波发生装置60感测与障碍物的距离，当该应力感测组包括的触摸端受到外力时，超声波发生装置60停止工作，使用该应力感测组40感测三维方向上的应力的大小。 |
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