電容性傳感器的制造方法
【專利摘要】本文提出了一種雙電容器稱重傳感器(100)，它包括在電容器之間內(nèi)嵌一塊共用板(125)的兩個(gè)耦合電容器(170，175)，該共用板(125)將響應(yīng)作用于稱重傳感器(100)的力量。兩個(gè)電容器(170、175)的電容以相反的趨勢(shì)變化，并且根據(jù)作用力的大小而改變。每一個(gè)電容器(170、175)的組合電容用于決定作用于稱重傳感器(100)的力量的大小。
【專利說(shuō)明】電容性傳感器

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種電容性傳感器。

【背景技術(shù)】
[0002] 電容性傳感器可用于稱重傳感器中，以測(cè)量施加負(fù)荷。稱重傳感器是一種傳感器， 可將作用于稱重傳感器的力轉(zhuǎn)化為表示作用力強(qiáng)度的電子信號(hào)。電子信號(hào)可能只是模擬 或數(shù)字信號(hào)，也可能需要加以額外處理以確定產(chǎn)生作用力的重量?；陔娙菁夹g(shù)的稱重傳 感器通過(guò)探測(cè)稱重傳感器中的電容器的電容變化測(cè)量施加負(fù)荷，并由于作用力產(chǎn)生尺寸變 化。
[0003] 電容測(cè)量的是電容器中能夠儲(chǔ)存的電荷量。平行板電容器的電容取決于兩個(gè)電容 板的面積以及電容板之間的距離。在稱重傳感器中，其中一個(gè)平行板響應(yīng)改變電容器電容 的作用力進(jìn)行運(yùn)動(dòng)。測(cè)量電容器的電容能夠提供有關(guān)作用于稱重傳感器的力的信息，但其 輸出并非線性且存在靈敏度問(wèn)題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 在其各個(gè)方面中，本發(fā)明旨在克服或改良先前工藝的至少一處缺陷，或提供一種 實(shí)用的替代方案。
[0005] 在其各個(gè)方面中，本發(fā)明確認(rèn)單個(gè)電容器稱重傳感器可通過(guò)在第一個(gè)電容器之上 增加耦合的第二個(gè)電容器進(jìn)行改良。由于兩個(gè)電容器耦合相連，如下文討論，其電容依據(jù)作 用于稱重傳感器上的力產(chǎn)生相反變化。本發(fā)明確認(rèn)此項(xiàng)配置可提高靈敏度并使稱重傳感器 根據(jù)作用力的輸出信號(hào)線性化。
[0006] 按照本發(fā)明的教導(dǎo)，雙電容器稱重傳感器旨在測(cè)量作用于稱重傳感器的力度數(shù) 值。兩個(gè)耦合電容器為平行板電容器，電容器之間共用一個(gè)板。兩個(gè)電容器的共用板被調(diào) 整為響應(yīng)作用于稱重傳感器的力發(fā)生偏轉(zhuǎn)。當(dāng)共用板偏轉(zhuǎn)時(shí)，一個(gè)電容器的電容下降，另一 個(gè)電容器的電容上升。測(cè)量和合并兩個(gè)電容值所得數(shù)值可用于測(cè)量作用于稱重傳感器的力 度數(shù)值。
[0007] 按照本發(fā)明的教導(dǎo)，本發(fā)明內(nèi)置存儲(chǔ)器以容納稱重傳感器的校準(zhǔn)數(shù)據(jù)，以便測(cè)量 作用于稱重傳感器的力?？稍诖鎯?chǔ)器中按需求讀取或?qū)懭胄?zhǔn)數(shù)據(jù)。如果稱重傳感器重新 校準(zhǔn)，更新后的校準(zhǔn)數(shù)據(jù)將被寫入存儲(chǔ)器并取代先前的校準(zhǔn)數(shù)據(jù)。
[0008] 根據(jù)本發(fā)明的第一個(gè)方面，本發(fā)明提供一種用于測(cè)量受力的電容性傳感器，包括： 頂部電容板；施力響應(yīng)偏轉(zhuǎn)板，包括彈性耦合的垂直偏轉(zhuǎn)主體，以使主體能夠響應(yīng)受力進(jìn)行 垂直移動(dòng)，施力響應(yīng)偏轉(zhuǎn)板位于頂部電容板下方；位于施力響應(yīng)偏轉(zhuǎn)板下方的底部電容板； 其中頂部電容板和施力響應(yīng)偏轉(zhuǎn)板組成第一個(gè)電容器，底部電容板和施力響應(yīng)偏轉(zhuǎn)板組成 第二個(gè)電容器，第一個(gè)電容器和第二個(gè)電容器的電容根據(jù)施力響應(yīng)偏轉(zhuǎn)板的移動(dòng)產(chǎn)生反向 變化。
[0009] 傳感器還可選用以下部件：電容數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換器，用于調(diào)整測(cè)量和輸出第一個(gè)電 容器與第二個(gè)電容器之間的電容差。
[0010] 傳感器還可選用以下部件：存儲(chǔ)器，包括其中儲(chǔ)存的校準(zhǔn)設(shè)定。
[0011] 傳感器還可選用以下部件：外部總線控制器，用于與外部設(shè)備通信。
[0012] 頂部電容板可選用開(kāi)孔，開(kāi)孔一般位于電容板中央，用于將受力機(jī)械傳送至施力 響應(yīng)偏轉(zhuǎn)板的主體，而不接觸頂部電容板。
[0013] 施力響應(yīng)偏轉(zhuǎn)板的主體可選擇配置成在無(wú)負(fù)荷位置和最大負(fù)荷位置之間移動(dòng)，以 反應(yīng)受力。主體的位置可選擇與受力強(qiáng)度成比例。
[0014] 在某些實(shí)施方案中，當(dāng)施力響應(yīng)偏轉(zhuǎn)板主體從無(wú)負(fù)荷位置向最大負(fù)荷位置移動(dòng) 時(shí)，第一個(gè)電容器的電容下降。
[0015] 在某些實(shí)施方案中，當(dāng)施力響應(yīng)偏轉(zhuǎn)板主體從無(wú)負(fù)荷位置向最大負(fù)荷位置移動(dòng) 時(shí)，第二個(gè)電容器的電容上升。
[0016] 根據(jù)本發(fā)明的第二個(gè)方面，本發(fā)明提供一種用于測(cè)量受力的電容性傳感器的操作 方法，包括：接收有待測(cè)量的力，其中該力將使施力響應(yīng)偏轉(zhuǎn)板發(fā)生偏轉(zhuǎn)，施力響應(yīng)偏轉(zhuǎn)板 響應(yīng)兩個(gè)固定板之間的受力進(jìn)行移動(dòng)，且施力響應(yīng)偏轉(zhuǎn)板組成兩個(gè)固定板之間的第一個(gè)電 容器與第二個(gè)電容器；測(cè)量第一個(gè)電容器和第二個(gè)電容器的電容，而受力將作用于施力響 應(yīng)偏轉(zhuǎn)板；以及傳送關(guān)于第一個(gè)和第二個(gè)電容器的電容信息。
[0017] 電容信息可選擇包括第一個(gè)和第二個(gè)電容器的已測(cè)量電容。
[0018] 電容信息可選擇包括第一個(gè)和第二個(gè)電容器的已測(cè)量電容差。
[0019] 該方法還可選擇包含儲(chǔ)存在傳感器內(nèi)置的存儲(chǔ)器中的校準(zhǔn)設(shè)定傳送步驟。
[0020] 該方法還可選擇由以下步驟組成：接收更新校準(zhǔn)設(shè)定；以及在傳感器內(nèi)置的存儲(chǔ) 器中儲(chǔ)存更新校準(zhǔn)設(shè)定。
[0021] 根據(jù)本發(fā)明的第三個(gè)方面，本發(fā)明提供一種磅秤，用于測(cè)量置于磅秤上的物品重 量，鎊秤包括：稱重板；一個(gè)或多個(gè)雙電容器稱重傳感器，以使稱重板被支撐和固定在雙電 容器稱重傳感器上；存儲(chǔ)器，容納儲(chǔ)存在其中的計(jì)算機(jī)指令；以及分別與一個(gè)或多個(gè)傳感 器和存儲(chǔ)器通信的處理器，處理器可執(zhí)行計(jì)算機(jī)指令，當(dāng)處理器執(zhí)行計(jì)算機(jī)指令時(shí)，處理器 將會(huì)：接收來(lái)自一個(gè)或多個(gè)傳感器的電容信息；以及使用收到的電容信息測(cè)定物品重量。
[0022] 收到的電容信息可選擇包括稱重傳感器的雙電容器的電容差。
[0023] 計(jì)算機(jī)指令還可命令處理器：接收來(lái)自一個(gè)或多個(gè)傳感器的校準(zhǔn)信息。
[0024] 測(cè)定物品重量還可選擇包括使用分別從一個(gè)或多個(gè)傳感器接收的校準(zhǔn)信息。
[0025] 計(jì)算機(jī)指令還可命令處理器：執(zhí)行校準(zhǔn)步驟以分別校準(zhǔn)一個(gè)或多個(gè)傳感器；并根 據(jù)校準(zhǔn)步驟結(jié)果將更新校準(zhǔn)信息發(fā)送至一個(gè)或多個(gè)傳感器。
[0026] 計(jì)算機(jī)指令還可命令處理器：向外部傳送測(cè)定的物品重量。
[0027] 根據(jù)本發(fā)明的第四個(gè)方面，本發(fā)明提供一種用于測(cè)量受力的電容性傳感器，包括： 第一根支撐梁和第二根支撐梁，二者橫向隔開(kāi)且保持平行；水平排列并固定在第一根支撐 梁和第二根支撐梁上的頂部電容板；施力響應(yīng)偏轉(zhuǎn)板，包括固定在第一個(gè)側(cè)部和第二個(gè)側(cè) 部上的垂直偏轉(zhuǎn)主體，固定在第一根支撐梁上的第一個(gè)側(cè)部，固定在第二根支撐梁上的第 二個(gè)側(cè)部，主體被彈性連接在第一根和第二根支撐梁上，以使主體響應(yīng)受力進(jìn)行垂直移動(dòng)， 施力響應(yīng)偏轉(zhuǎn)板位于頂部電容板下方；底部電容板水平排列并固定在第一根支撐梁和第二 根支撐梁上，位于施力響應(yīng)偏轉(zhuǎn)板下方；以及頂部電容板和施力響應(yīng)偏轉(zhuǎn)板組成第一個(gè)電 容器，底部電容板和施力響應(yīng)偏轉(zhuǎn)板組成第二個(gè)電容器，第一個(gè)電容器和第二個(gè)電容器的 電容根據(jù)施力響應(yīng)偏轉(zhuǎn)板的移動(dòng)發(fā)生反向變化。
[0028] 按照本發(fā)明的實(shí)施方案，本發(fā)明提供一種用于測(cè)量受力的電容性傳感器。傳感器 包括：第一根支撐梁和第二根支撐梁，二者橫向隔開(kāi)且保持平行；水平排列并固定在第一 根支撐梁和第二根支撐梁上的頂部電容板；施力響應(yīng)偏轉(zhuǎn)板，包括固定在第一個(gè)側(cè)部和第 二個(gè)側(cè)部上的垂直偏轉(zhuǎn)主體，固定在第一根支撐梁上的第一個(gè)側(cè)部，固定在第二根支撐梁 上的第二個(gè)側(cè)部，主體被彈性連接在第一根和第二根支撐梁上，以使主體響應(yīng)受力進(jìn)行垂 直移動(dòng)，施力響應(yīng)偏轉(zhuǎn)板位于頂部電容板下方；底部電容板水平排列并固定在第一根支撐 梁和第二根支撐梁上，位于施力響應(yīng)偏轉(zhuǎn)板下方；以及頂部電容板和施力響應(yīng)偏轉(zhuǎn)板組成 第一個(gè)電容器，底部電容板和施力響應(yīng)偏轉(zhuǎn)板組成第二個(gè)電容器，第一個(gè)電容器和第二個(gè) 電容器的電容根據(jù)施力響應(yīng)偏轉(zhuǎn)板的移動(dòng)發(fā)生反向變化。
[0029] 按照本發(fā)明的實(shí)施方案，本發(fā)明提供一種用于測(cè)量受力的電容性傳感器的操作方 法。該方法包括：接收有待測(cè)量的力，其中該力將使施力響應(yīng)偏轉(zhuǎn)板發(fā)生偏轉(zhuǎn)，施力響應(yīng)偏 轉(zhuǎn)板響應(yīng)兩個(gè)固定板之間的受力進(jìn)行移動(dòng)，且施力響應(yīng)偏轉(zhuǎn)板組成兩個(gè)固定板之間的第一 個(gè)電容器與第二個(gè)電容器；測(cè)量第一個(gè)電容器和第二個(gè)電容器的電容，而受力將作用于施 力響應(yīng)偏轉(zhuǎn)板；以及傳送關(guān)于第一個(gè)和第二個(gè)電容器的電容信息。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0030] 以下詳細(xì)描述和隨附圖紙將有助于人們更全面地理解本發(fā)明以及發(fā)明的其他特 征和優(yōu)點(diǎn)。
[0031] 本發(fā)明可能以各種組件和組件排列方式以及各種方法呈現(xiàn)。圖紙僅作為幾類實(shí)施 方案和替代方法的說(shuō)明示范，不得解釋為限制本發(fā)明。圖紙不必按比例繪制。在整個(gè)圖紙 中，相同元素的編號(hào)描述的是所有各類圖紙、圖片和圖表內(nèi)的相同部件。
[0032] 圖1是高級(jí)三維圖紙，表示包含雙耦合電容器在內(nèi)的本發(fā)明稱重傳感器。
[0033] 圖2A是稱重傳感器的高級(jí)橫斷面圖，此圖中的施力響應(yīng)偏轉(zhuǎn)板位于無(wú)負(fù)荷位置。
[0034] 圖2B是稱重傳感器的高級(jí)橫斷面圖，此圖中的施力響應(yīng)偏轉(zhuǎn)板位于中負(fù)荷位置。
[0035] 圖2C是稱重傳感器的高級(jí)橫斷面圖，此圖中的施力響應(yīng)偏轉(zhuǎn)板位于最大負(fù)荷位 置。
[0036] 圖3是高級(jí)框圖，表示稱重傳感器電子組件。
[0037] 圖4是高級(jí)框圖，表示光學(xué)代碼掃描儀/磅秤若干硬件組件實(shí)施方案范例。
[0038] 圖5是高級(jí)框圖，表示銷售時(shí)點(diǎn)情報(bào)系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括使用網(wǎng)絡(luò)與商店服務(wù)器計(jì) 算機(jī)通信的銷售時(shí)點(diǎn)終端。
[0039] 圖6A是高級(jí)流程圖，表示測(cè)量作用于稱重傳感器的力。
[0040] 圖6B是高級(jí)流程圖，表示更新儲(chǔ)存于稱重傳感器存儲(chǔ)器中的校準(zhǔn)數(shù)據(jù)。
[0041] 圖6C是高級(jí)流程圖，表示請(qǐng)求儲(chǔ)存于稱重傳感器存儲(chǔ)器中的校準(zhǔn)數(shù)據(jù)。

【具體實(shí)施方式】
[0042] 以下描述闡明了有助于理解所主張發(fā)明的各類詳情，但該領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)明 白，所主張發(fā)明的某些方面可能應(yīng)用于除所有下列詳情以外的情形，預(yù)計(jì)可能對(duì)所述實(shí)施 方案做出各類更改或修改。
[0043] 參見(jiàn)圖1，這是一幅高級(jí)三維圖紙，表示包含雙耦合電容器在內(nèi)的本發(fā)明稱重傳感 器100。稱重傳感器100使用差分電容技術(shù)測(cè)量受力，然后生成并傳送數(shù)字信號(hào)，表示兩個(gè) 耦合電容器因受力產(chǎn)生的電容變化。數(shù)字信號(hào)被用于測(cè)量產(chǎn)生力的重量數(shù)值。稱重傳感器 100包括第一根支撐梁135和第二根支撐梁130。第一根與第二根支撐梁135、130隔開(kāi)，各 支撐梁的長(zhǎng)軸相互平行或總體平行。在本實(shí)施方案中，各支撐梁135、130呈矩形桿形狀。第 一根支撐梁135的上表面與第二根支撐梁130的上表面處于同一上部水平面。第一根支撐 梁135的底面與第二根支撐梁130的底面處于同一底部水平面。
[0044] 稱重傳感器100還包括一個(gè)底部電容板115,底部電容板115的左上側(cè)有一部分 固定在第一根支撐梁135的底部。底部電容板115的右上側(cè)有一部分固定在第二根支撐梁 130的底部。底部電容板115與兩根支撐梁135U30電絕緣。在本實(shí)施方案中，底部電容板 115是一個(gè)脊?fàn)畹挠∷㈦娐钒?，為稱重傳感器100提供機(jī)械支持。
[0045] 稱重傳感器100另外還包括一個(gè)安裝在第一根支撐梁135與第二根支撐梁130之 間的施力響應(yīng)偏轉(zhuǎn)板125。在本實(shí)施方案中，施力響應(yīng)偏轉(zhuǎn)板125為金屬材質(zhì)，整體呈"S" 形，末端固定在支撐梁135U30上。在某些實(shí)施方案中，第一根支撐梁135、第二根支撐梁 130和施力響應(yīng)偏轉(zhuǎn)板125均采用整塊金屬（例如鋁）制作而成。施力響應(yīng)偏轉(zhuǎn)板125包 括一個(gè)可垂直偏轉(zhuǎn)的主構(gòu)件（"S"形的中心），其分別與第一測(cè)梁126( "S"形的上部）和 第二測(cè)梁127 ( "S"形的底部）連接。第一測(cè)梁126的角部128 ( "S"形的一個(gè)末端）固定 在第一根支撐梁135上，第二測(cè)梁127的角部129 ( "S"形的另一末端）固定在第二根支撐 梁130上。
[0046] 稱重傳感器100另外還包括一個(gè)水平固定在第一根支撐梁135與第二根支撐梁 130上表面的頂部電容板105。底部電容板105與兩根支撐梁135、130電絕緣。在本實(shí)施 方案中，頂部電容板105是一個(gè)脊?fàn)畹挠∷㈦娐钒?。頂部電容?05上有一個(gè)開(kāi)孔140,大 體位于電容板105中央。在實(shí)施方案中，開(kāi)孔140呈圓形，可容許直徑小于開(kāi)孔140的連桿 143從中穿過(guò)，而不會(huì)觸碰頂部電容板105。連桿143穿過(guò)開(kāi)孔140,觸碰施力響應(yīng)偏轉(zhuǎn)板 125的表面142。連桿143傳送施力響應(yīng)偏轉(zhuǎn)板125所受施力，使施力響應(yīng)偏轉(zhuǎn)板125的垂 直偏轉(zhuǎn)主體向下偏轉(zhuǎn)，偏轉(zhuǎn)的距離與受到的施力呈正比。稱重傳達(dá)器100測(cè)量由連桿143 傳送的施力。
[0047] 施力響應(yīng)偏轉(zhuǎn)板125與頂部電容板105和底部電容板115平行。相比底部電容板 115,施力響應(yīng)偏轉(zhuǎn)板125垂直偏移時(shí)更靠近頂部電容板105。施力響應(yīng)偏轉(zhuǎn)板125始終朝 下方壓下或朝底部電容板115方向壓下，這種配置使得施力響應(yīng)偏轉(zhuǎn)板125的下壓距離更 遠(yuǎn)。
[0048] 頂部電容板105還包括一個(gè)金屬板110 (圖2A)，金屬板位于頂部電容板105的底 面，通常在施力響應(yīng)偏轉(zhuǎn)板125的垂直偏轉(zhuǎn)主體上方。在某些實(shí)施方案中，金屬板110位于 頂部電容板105的內(nèi)層。金屬板110和施力響應(yīng)偏轉(zhuǎn)板125共同構(gòu)成平行板第一個(gè)電容器 170 (圖2A)?？諝馐墙饘侔?10與施力響應(yīng)偏轉(zhuǎn)板125間的電介質(zhì)材料。
[0049] 底部電容板115包括一個(gè)金屬板120 (圖2A)，金屬板位于底部電容板115的上表 面，通常在施力響應(yīng)偏轉(zhuǎn)板125的垂直偏轉(zhuǎn)主體下方。在某些實(shí)施方案中，金屬板120位于 底部電容板115的內(nèi)層。金屬板120和施力響應(yīng)偏轉(zhuǎn)板125共同構(gòu)成平行板第二個(gè)電容器 175(圖2A)?？諝馐墙饘侔?20與施力響應(yīng)偏轉(zhuǎn)板125間的電介質(zhì)材料。
[0050] 施力響應(yīng)偏轉(zhuǎn)板125的垂直偏轉(zhuǎn)主體是安裝在第一與第二個(gè)電容器170、175之間 的一個(gè)共用板。隨著施力響應(yīng)偏轉(zhuǎn)板125的垂直偏轉(zhuǎn)主體受到作用力向下運(yùn)動(dòng)，第一個(gè)電 容器170的電容量減少，而第二個(gè)電容器175的電容量增加。電容量的變化取決于作用力 的大小。
[0051] 圖2A、2B、和2C是平面131穿過(guò)稱重傳感器100時(shí)稱重傳感器100的橫斷面圖。
[0052] 現(xiàn)在請(qǐng)參見(jiàn)圖2A，這是一幅稱重傳感器100的高級(jí)橫斷面圖，此圖中的施力響應(yīng) 偏轉(zhuǎn)板125位于無(wú)負(fù)荷位置。圖示中的重傳感器100和施力響應(yīng)偏轉(zhuǎn)板125均為無(wú)負(fù)荷配 置。這種配置中，施力響應(yīng)偏轉(zhuǎn)板125不會(huì)受到任何作用力。施力響應(yīng)偏轉(zhuǎn)板125固定在 第一和第二根支撐梁135U30距離頂部電容板105底部最小距離160的位置。利用最小距 離160和金屬板110的面積，并結(jié)合下述公式1計(jì)算第一個(gè)電容器170的電容量。在該位 置時(shí)，第一個(gè)電容器170的電容量將高于第二個(gè)電容器175的電容量。 公式1 C= e r e 〇 (A/d) 其中 C表示電容量 A表示兩個(gè)板塊重疊部分的面積 ^表示兩個(gè)板塊之間的材料的介電常數(shù) e。表示電常數(shù)（8. 854110-1?^1) d表示兩個(gè)板塊之間的間距
[0053] 當(dāng)施力響應(yīng)偏轉(zhuǎn)板125在無(wú)負(fù)荷位置時(shí)，底部金屬板120與施力響應(yīng)偏轉(zhuǎn)板125 之間為最大距離（按底部距離150衡量）。利用底部距離150和上述公式1計(jì)算第二個(gè)電 容器175的電容量。在該位置時(shí)，第二個(gè)電容器175的電容量為最低。
[0054] 施力響應(yīng)偏轉(zhuǎn)板125受到作用力后將從底部電容板115的上表面開(kāi)始移動(dòng)，移動(dòng) 距離為距離160與最小距離165之間。
[0055] 圖2B是一幅稱重傳感器100的高級(jí)橫斷面圖，此圖中的施力響應(yīng)偏轉(zhuǎn)板125位于 中負(fù)荷位置。當(dāng)位于中負(fù)荷位置時(shí)，施力響應(yīng)偏轉(zhuǎn)板125的垂直偏轉(zhuǎn)主體大致位于無(wú)負(fù)荷 和最大負(fù)荷位置中間。當(dāng)處于該位置時(shí)，頂部距離155和底部距離150大致相同。第一個(gè) 側(cè)部126和第二個(gè)側(cè)部127同樣向下偏轉(zhuǎn)，大致位于無(wú)負(fù)荷和最大負(fù)荷位置中間側(cè)部126、 127最多只能偏轉(zhuǎn)約一半，因?yàn)閭?cè)部126、127的一端固定在支撐梁135、130的其中一根上， 側(cè)部的另一端則與主體125相連。如圖2B所示，第一個(gè)側(cè)部126略低于第二個(gè)側(cè)部127。 這是因?yàn)闄M截面偏離稱重傳感器100的中心，側(cè)部分126、127的對(duì)角128、129分別固定支 撐梁135、130上。
[0056] 圖2C是一幅稱重傳感器100的高級(jí)橫斷面圖，此圖中的施力響應(yīng)偏轉(zhuǎn)板125位于 最大負(fù)荷位置。當(dāng)位于最大負(fù)荷位置時(shí)，施力響應(yīng)偏轉(zhuǎn)板125的垂直偏轉(zhuǎn)主體大致位于最 大負(fù)荷位置。當(dāng)處于該位置時(shí)，施力響應(yīng)偏轉(zhuǎn)板125的垂直偏轉(zhuǎn)主體位于距底部電容板115 上表面最小距離165的位置。該位置表示可由稱重傳感器100準(zhǔn)確測(cè)量的最大施力。該位 置亦表不第二個(gè)電容器175的最大電容值，和第一個(gè)電容器170的最低電容值。
[0057] 參見(jiàn)圖3。這是一幅說(shuō)明稱重傳感器100的電子組件300的高級(jí)框圖。電子組件 300包括第一個(gè)電容器170、第二個(gè)電容器175、一個(gè)電容數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換器310、一個(gè)存儲(chǔ)設(shè) 備315和總線接口設(shè)備320。第一個(gè)電容器170和第二個(gè)電容器175的電容量不同，彼此 的電容量為負(fù)相關(guān)。主體125受到外力后，施力響應(yīng)偏轉(zhuǎn)板125的垂直偏轉(zhuǎn)主體在無(wú)負(fù)荷 位置與最大負(fù)荷位置間移動(dòng)，此時(shí)電容器170U75的電容量會(huì)發(fā)生改變。第一個(gè)和第二個(gè) 電容器170、175的電容值用以確定作用力的值。電容數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換器310有第一個(gè)和第二 個(gè)通道。每個(gè)通道對(duì)任一電容器170、175的電容量進(jìn)行測(cè)量，并將模擬測(cè)量轉(zhuǎn)換為表示被 測(cè)量電容量的電容量數(shù)字信號(hào)。雙通道的電容數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換器310的市售實(shí)例是Analog Devices生產(chǎn)的AD7747設(shè)備。該設(shè)備可以測(cè)量每個(gè)通道最多8pF的電容量變化，其旨在測(cè) 量第一個(gè)和第二個(gè)電容器170、175之間的差分電容。在某些實(shí)施方案中，稱重傳感器100 輸出第一個(gè)和第二個(gè)電容器170、175之間的差分電容。
[0058] 總線接口設(shè)備320提供一個(gè)外部總線330,是與稱重傳感器100通信時(shí)使用的外部 設(shè)備?？偩€接口設(shè)備320與電容數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換器310及存儲(chǔ)設(shè)備315連接，從而實(shí)現(xiàn)外部 設(shè)備與各設(shè)備間通信。使用總線接口設(shè)備320后，外部設(shè)備可以讀取電容數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換器 310中第一個(gè)和第二個(gè)電容器170U75的電容值，并能讀取或向存儲(chǔ)設(shè)備315中寫入數(shù)據(jù)。 在某些實(shí)施方案中，使用總線接口設(shè)備320的外部設(shè)備可讀取電容數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換器310中 第一個(gè)和第二個(gè)電容器170、175的差分電容?？偩€接口設(shè)備320可支持多個(gè)不同外部總線 330,例如通用串行總線（USB)、RS-232、RS-485、LIN總線、CAN總線、I2C總線以及類似總線。
[0059] 存儲(chǔ)設(shè)備315存儲(chǔ)所需的校準(zhǔn)數(shù)據(jù)或信息，用于計(jì)算稱重傳感器100測(cè)量的重量。 配備有處理元件的外部設(shè)備讀取兩個(gè)電容器170U75的電容值和校準(zhǔn)數(shù)據(jù)，對(duì)該等數(shù)據(jù)進(jìn) 行處理，以確定稱重傳感器100承受的重量。在某些實(shí)施方案中，單一磅秤需要配備多個(gè)稱 重傳感器100,外部設(shè)備會(huì)讀取每個(gè)稱重傳感器100的數(shù)據(jù)，然后計(jì)算稱重物品的總重量。 外部設(shè)備可能還會(huì)向存儲(chǔ)設(shè)備315中寫入數(shù)據(jù)。這樣便能在需要時(shí)更新校準(zhǔn)數(shù)據(jù)。
[0060] 在某些實(shí)施方案中，數(shù)字信號(hào)電容轉(zhuǎn)換器310會(huì)選取兩個(gè)電容器170、175的電容 差值，然后僅輸出差值。下表1說(shuō)明第一個(gè)和第二個(gè)電容器170、175電容值的負(fù)相關(guān)性以 及計(jì)算得出的差值。表中所示電容值僅作示例用，不得將此推斷為所需電容值。 表1

【權(quán)利要求】
1. 一種用于測(cè)量受力的電容性傳感器（100)，由下列部件組成： 頂部電容板（105); 施力響應(yīng)偏轉(zhuǎn)板（125)，包括彈性耦合的垂直偏轉(zhuǎn)主體，以使主體能夠響應(yīng)受力進(jìn)行垂 直移動(dòng)，施力響應(yīng)偏轉(zhuǎn)板（125)位于頂部電容板下方（105); 位于施力響應(yīng)偏轉(zhuǎn)板（125)下方的底部電容板（115); 其中頂部電容板（105)和施力響應(yīng)偏轉(zhuǎn)板（125)組成第一個(gè)電容器（170)，底部電容板 (115)和施力響應(yīng)偏轉(zhuǎn)板（125)組成第二個(gè)電容器（175)，第一個(gè)電容器（170)和第二個(gè)電 容器（175)的電容根據(jù)施力響應(yīng)偏轉(zhuǎn)板（125)的移動(dòng)產(chǎn)生反向變化。
2. 權(quán)利要求1的傳感器還包括一個(gè)用于測(cè)量和輸出第一個(gè)電容器（170)和第二個(gè)電容 器（175)之間電容差異的電容數(shù)字轉(zhuǎn)化器（310)。
3. 權(quán)利要求1或2的傳感器還包括一個(gè)保存校準(zhǔn)設(shè)定的存儲(chǔ)器（315)以及一個(gè)與外部 設(shè)備進(jìn)行通訊的總線控制器（320)。
4. 在任何先前權(quán)利要求的傳感器中，頂部電容板（105)包括一個(gè)開(kāi)孔（140)，通常位于 電容板（105)中部，該開(kāi)孔可在不接觸頂部電容板（105)的情況下將受力機(jī)械傳送至施力 響應(yīng)偏轉(zhuǎn)板（125)主體，主體位置與受力大小的成正比。
5. 在任何先前權(quán)利要求的傳感器中，施力響應(yīng)偏轉(zhuǎn)板（125)的主體可根據(jù)受力情況在 無(wú)負(fù)荷位置和最大負(fù)荷位置之間移動(dòng)。
6. 在權(quán)利要求5的傳感器中，當(dāng)施力響應(yīng)偏轉(zhuǎn)板（125)的主體從無(wú)負(fù)荷位置向最大負(fù) 荷位置移動(dòng)時(shí)，第一個(gè)電容器（170)的電容將下降。
7. 在權(quán)利要求5的傳感器中，當(dāng)施力響應(yīng)偏轉(zhuǎn)板（125)的主體從無(wú)負(fù)荷位置向最大負(fù) 荷位置移動(dòng)時(shí)，第二個(gè)電容器（175)的電容將上升。
8. -種用于測(cè)量受力的電容性傳感器（100)的操作方法，包括： 接收有待測(cè)量的力，其中該力將使施力響應(yīng)偏轉(zhuǎn)板發(fā)生偏轉(zhuǎn)，施力響應(yīng)偏轉(zhuǎn)板（125) 響應(yīng)兩個(gè)固定板（110、120)之間的受力進(jìn)行移動(dòng)，且施力響應(yīng)偏轉(zhuǎn)板（125)組成兩個(gè)固定 板（110U20)之間的第一個(gè)電容器（170)與第二個(gè)電容器（175)。 測(cè)量第一個(gè)電容器（170)和第二個(gè)電容器（175)的電容，而受力將作用于施力響應(yīng)偏 轉(zhuǎn)板（125);以及 傳送關(guān)于第一個(gè)和第二個(gè)電容器的電容信息（170、175)。
9. 在權(quán)利要求8的方法中，電容信息包括第一和第二個(gè)電容器（170、175)的測(cè)定電 容，或它們之間測(cè)定電容的差異。
10. 權(quán)利要求8到9的方法還包括： 傳輸傳感器（1〇〇)的存儲(chǔ)器（315)中儲(chǔ)存的校準(zhǔn)設(shè)定； 接收已更新的校準(zhǔn)設(shè)定；以及 儲(chǔ)存?zhèn)鞲衅鳎?00)的存儲(chǔ)器（315)中的已更新校準(zhǔn)設(shè)定。
【文檔編號(hào)】G01L1/14GK104344876SQ201410261066
【公開(kāi)日】2015年2月11日 申請(qǐng)日期:2014年6月12日 優(yōu)先權(quán)日:2013年7月24日
【發(fā)明者】艾伯塔斯·瑪麗亞·格拉達(dá)斯·克萊森 申請(qǐng)人:Ncr公司