本發(fā)明涉及一種力傳感器，尤其涉及一種能夠用于偵測剪切力的力傳感器。
背景技術(shù)：
：目前，利用壓電薄膜能夠產(chǎn)生電荷的原理已經(jīng)生產(chǎn)出通過壓電薄膜來實現(xiàn)的壓電薄膜傳感器。此類壓電薄膜傳感器可以對外界的按壓、振動等壓力進行感應(yīng)。但是，目前的壓電薄膜傳感器只能用來感知壓力，卻對剪切力不敏感。技術(shù)實現(xiàn)要素：有鑒于此，有必要提供一種能夠用于偵測剪切力的力傳感器，從而解決上述問題。本發(fā)明提供一種能夠偵測剪切力的力傳感器，包括一基板，還包括：至少一固定于該基板上的呈三維拱形的支架，采用可發(fā)生彈性形變的材料制成，該呈三維拱形的支架遠離該基板拱出；以及至少一剪切力傳感單元，設(shè)置于該支架遠離該基板的外表面，每一剪切力傳感單元包括一第一壓電薄膜以及分別位于該第一壓電薄膜相對的兩表面的兩個第一電極，該第一壓電薄膜覆蓋于該支架上且呈三維拱形，該支架當一剪切力作用于所述剪切力傳感單元上時沿著該基板所在的平面產(chǎn)生形變，從而帶動所述第一壓電薄膜產(chǎn)生形變，并通過所述第一電極輸出與該形變相關(guān)的信號。本發(fā)明的力傳感器當受到一剪切力作用時，通過所述呈三維拱形的支架帶動剪切力傳感單元的第一壓電薄膜產(chǎn)生形變，并輸出與該形變相關(guān)的信號，從而使得該力傳感器可用于偵測剪切力。附圖說明圖1為本發(fā)明一較佳實施例中的能夠偵測剪切力的力傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為圖1所示的力傳感器所包含的其中一支架的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為圖2所示的力傳感器中沿III-III的剖面示意圖。圖4為圖2所示的力傳感器中的支架在剪切力F1作用下變形前后的示意圖。圖5為圖2所示的力傳感器中沿IV-IV的剖面示意圖。圖6為圖2所示的力傳感器中的支架在壓力F2作用下變形前后的示意圖。主要元件符號說明力傳感器1基板10振蕩器11信號處理器12支架20側(cè)邊201拱形部202剪切力傳感單元21第一壓電薄膜210第一電極211壓力傳感單元22第二壓電薄膜220第二電極221電極引線2110，2210殼體30收容空間100如下具體實施方式將結(jié)合上述附圖進一步說明本發(fā)明。具體實施方式圖1為本發(fā)明一較佳實施方式中的能夠偵測剪切力的力傳感器1的結(jié)構(gòu)示意圖。該力傳感器1包括一基板10以及至少一固定于該基板10上的呈三維拱形的支架20。該支架20采用可發(fā)生彈性形變的材料制成，如不銹鋼。請一并參照圖2，該支架20包括相對的兩側(cè)邊201以及位于所述兩側(cè)邊201之間的拱形部202。該支架20通過所述兩側(cè)邊201固定于該基板10上，該拱形部202遠離該基板10拱出。在本實施例中，該基板10為一印刷電路板（PrintedCircuitBoard，PCB），更具體的，該基板10為一柔性電路板（FlexiblePrintedCircuitBoard，F(xiàn)PC）。請一并參照圖2和圖3，該支架20遠離該基板10的外表面設(shè)有至少一剪切力傳感單元21。每一剪切力傳感單元21包括一第一壓電薄膜210以及分別位于該第一壓電薄膜210相對的兩表面的兩個第一電極211。該第一壓電薄膜210覆蓋于該支架20上，其相對的兩端可分別固定于該支架20的拱形部202的最高處以及其中一側(cè)邊201上，從而使該第一壓電薄膜210呈三維拱形。當一剪切力F1（參圖4）作用于所述剪切力傳感單元21上時，該支架20能夠沿著該基板10所在平面產(chǎn)生形變（即-X方向或+X方向，圖4示出該支架20沿+X方向的變形），從而帶動所述第一壓電薄膜210產(chǎn)生形變，并通過所述第一電極211輸出與該形變相關(guān)的信號（如輸出一實際振動頻率或一電壓信號）。其中，壓電薄膜產(chǎn)生形成后輸出與該形變相關(guān)的信號為現(xiàn)有技術(shù)，此不贅述。在本實施方式中，該支架20的外表面設(shè)有至少兩個剪切力傳感單元21，所述至少兩個剪切力傳感單元21的第一壓電薄膜210的一端均固定于該支架20的拱形部202的最高處，另一端分別固定于該支架20的不同側(cè)邊201上。從而，所述至少兩個剪切力傳感單元21的第一壓電薄膜210可隨著該支架20沿著該基板10所在平面的兩個相反的方向產(chǎn)生形變（即-X方向以及+X方向），從而使得后續(xù)可根據(jù)所述至少兩個剪切力傳感單元21輸出的信號計算沿著該基板10所在平面的兩個相反的方向的剪切力。請一并參照圖2和圖5，該支架20遠離該基板10的外表面還可設(shè)有至少一壓力傳感單元22。每一壓力傳感單元22包括一第二壓電薄膜220以及分別位于該第二壓電薄膜220相對的兩表面的兩個第二電極221。該第二壓電薄膜220覆蓋于該支架20上，其相對的兩端分別固定于該支架20的所述兩側(cè)邊201上，從而使該第二壓電薄膜220呈三維拱形。當一壓力F2（參圖6）作用于所述壓力傳感單元22上時，該支架20朝向該基板10的方向產(chǎn)生形變（如圖6所示的-Z方向），從而帶動該第一壓電薄膜210產(chǎn)生形變，并通過所述第二電極221輸出與該形變相關(guān)的信號。在本實施方式中，所述第一壓電薄膜210以及第二壓電薄膜220的材質(zhì)可為有機壓電材料，所述有機壓電材料可選自聚四氟乙烯（PTFE）、聚偏氟乙烯（PVDF）、可溶性聚四氟乙烯(PFA)、聚三氟氯乙烯(PCTFE)、聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)、聚酞亞胺(PI)及聚對苯二甲酸乙二酯(PET)中的一種。所述第一壓電薄膜210以及第二壓電薄膜220的材質(zhì)還可為無機壓電材料，如鋯鈦酸鉛(PZT)。所述第一電極211以及第二電極221的材質(zhì)可選自金、銀、鉑、鋁、鎳、銅、鈦、烙、硒或其合金中的一種。請一并參閱圖1和圖2，在本實施方式中，形變后的剪切力傳感單元21或壓力傳感單元22通過第一電極211或第二電極221輸出一實際振動頻率。在這種情況下，該基板10上設(shè)有一振蕩器11以及一信號處理器12。該振蕩器11通過電極引線2110、2210分別與每一剪切力傳感單元21的第一電極211的其中一端和每一壓力傳感單元22的第二電極221的其中一端電連接。該信號處理器12通過電極引線2110、2210分別與每一剪切力傳感單元21的第一電極211的另一端和每一壓力傳感單元22的第二電極221的另一端電連接。該振蕩器11用于向每一剪切力傳感單元21和每一壓力傳感單元22輸入一參考振動頻率。若所述剪切力傳感單元21或壓力傳感單元22產(chǎn)生形變，則所述剪切力傳感單元21或壓力傳感單元22將會振動而使其輸出的參考振動頻率發(fā)生變化。該信號處理器12接收每一剪切力傳感單元21和每一壓力傳感單元22輸出的實際振動頻率，并判斷該實際振動頻率是否與該參考振動頻率一致。若是，則該信號處理器12判斷對應(yīng)的第一壓電薄膜210或第二壓電薄膜220未產(chǎn)生形變，即，對應(yīng)的剪切力傳感單元21或壓力傳感單元22未受到剪切力F1或壓力F2作用。否則，該信號處理器12計算實際振動頻率與該參考振動頻率之間的差值，根據(jù)該差值計算對應(yīng)的剪切力傳感單元21或壓力傳感單元22受到的剪切力F1或壓力F2的大小，并將計算結(jié)果輸出至一移動終端2。其中，所述移動終端2可以是一智能手機或平板電腦。從而，該力傳感器1可同時用于偵測剪切力F1以及壓力F2。在另一實施方式中，形變后的剪切力傳感單元21或壓力傳感單元22通過第一電極211或第二電極221輸出一電壓信號?？梢岳斫獾?，當該第一壓電薄膜210或該第二壓電薄膜220產(chǎn)生壓電效應(yīng)時，所述兩個第一電極211或兩個第二電極221之間將產(chǎn)生正比于所述剪切力F1或壓力F2的電壓信號。在這種情況下，所述振蕩器11可省略。該基板10上還設(shè)有一信號放大器（圖未示），其通過電極引線2110、2210分別與每一剪切力傳感單元21的第一電極211每一壓力傳感單元22的第二電極221電連接。該信號放大器用于獲取所述剪切力傳感單元21以及壓力傳感單元22上產(chǎn)生的電壓信號，將該電壓信號放大。該信號處理器12用于將該經(jīng)過放大后的電壓信號進行濾波處理，然后根據(jù)該經(jīng)濾波后的電壓信號計算對應(yīng)的剪切力傳感單元21或壓力傳感單元22受到的剪切力F1或壓力F2的大小，并將計算結(jié)果輸出至該移動終端2。在本實施方式中，所述支架20的數(shù)量為兩個，且所述兩個支架20的側(cè)邊201相互垂直(如圖1所示)。即，設(shè)置于所述兩個支架20上的剪切力傳感單元21的第一壓電薄膜210可產(chǎn)生形變的方向相互垂直。如此，所述剪切力傳感單元21可用于偵測沿該基板10所在的平面的四個方向上的剪切力(如圖1所示的-X方向、+X方向、-Y方向以及+Y方向)。在本實施方式中，該力傳感器1還包括一設(shè)置于該基板10上的殼體30（如圖1所示）。該基板10與該殼體30之間形成一收容空間100，所述支架20以及分布于該支架20上的剪切力傳感單元21以及壓力傳感單元22均收容于該收容空間100內(nèi)。其中，該殼體30的材質(zhì)可選自硅膠、橡膠及聚甲醛樹脂等彈性材料中的一種。該殼體30的彈性度可保證該殼體30能夠有效向所述剪切力傳感單元21以及壓力傳感單元22傳遞壓力和剪切力。本
技術(shù)領(lǐng)域：
的普通技術(shù)人員應(yīng)當認識到，以上的實施方式僅是用來說明本發(fā)明，而并非用作為對本發(fā)明的限定，只要在本發(fā)明的實質(zhì)精神范圍之內(nèi)，對以上實施例所作的適當改變和變化都落在本發(fā)明要求保護的范圍之內(nèi)。當前第1頁1 2 3