專利名稱：力傳感器、力檢測(cè)系統(tǒng)和力檢測(cè)程序的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種將力轉(zhuǎn)換成諸如電容等等之類的電信息的力傳感器，尤其涉及用于將人工輸入等轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的力傳感器、力檢測(cè)系統(tǒng)和力檢測(cè)程序。
背景技術(shù)：
本申請(qǐng)基于2004年5月14日提交的日本專利申請(qǐng)No.2004-145050，因此將其內(nèi)容作為參考而并入。
用于將力轉(zhuǎn)換成電容的傳感器典型地用于浴室磅秤等。這種類型的力傳感器典型地具有構(gòu)成為按鈕式或操縱桿式的操作輸入部件以用作人機(jī)接口，并例如被用作筆記本式個(gè)人計(jì)算機(jī)的操縱桿式輸入裝置。
圖1和圖2示出現(xiàn)有技術(shù)的常規(guī)力傳感器的輪廓，其中圖1(A)示出它的平面圖，圖1(B)示出它的IB-IB橫截面，圖1(C)示出它的檢測(cè)電極，圖2(A)示出它的平面圖，圖2(B)示出它的IIB-IIB橫截面，以及圖2(C)示出它的檢測(cè)電極。力傳感器2具有由諸如硅橡膠之類的絕緣體和在基板4上配備的導(dǎo)體構(gòu)成的結(jié)構(gòu)6、以及在結(jié)構(gòu)6的頂板上的電極8和在基板4的側(cè)面上面向電極8的檢測(cè)電極10。如果電極由結(jié)構(gòu)6的導(dǎo)體制成，就不必獨(dú)立地提供電極8。在此的差別是在圖1中示出的裝置具有作為在兩端上支撐的梁形成的結(jié)構(gòu)6和圓形檢測(cè)電極10，同時(shí)，在圖2中示出的裝置具有作為懸臂梁形成的結(jié)構(gòu)6和矩形檢測(cè)電極10。
作為舉例，利用在圖1中示出的力傳感器2可以試圖進(jìn)行這種力傳感器2的說明，其中在結(jié)構(gòu)6上施加的力“f”引起結(jié)構(gòu)6如圖3(A)所示的變形，其又減小電極距離“d”，并最終引起電極8如圖3(B)所示的接觸檢測(cè)電極10，增大了電極“C”之間的電容。結(jié)構(gòu)6的輸入(力“f”)和輸出(電容“C”)之間的關(guān)系以如圖4所示的平滑曲線進(jìn)行變化。Coffset是在圖1(B)中示出的情形下電極之間的電容，也就是當(dāng)電極距離“d”沒有改變時(shí)的偏移輸出，并且此偏移輸出表示，如果力“f”不超過結(jié)構(gòu)6的彈性限度，則電容不隨力“f”而改變，也就是，它表示零點(diǎn)輸出。該偏移取決于結(jié)構(gòu)6的彈性、恢復(fù)能力、永久變形等。在圖2中示出對(duì)于力傳感器2存在的相同的輸入/輸出關(guān)系。
JP-A-6-314163公開了一種提供電容C的變化作為相對(duì)于施加的力“f”的輸出的傳感器。
在所述文獻(xiàn)中公開的電容式傳感器具有輸入部分的大的位移，并由在平行位置中配備的兩個(gè)大的基板組成，以允許它們彼此平行地移動(dòng)，其中分別在它們的相對(duì)表面上配備電極，并以彼此之間的90°角定位電極。
在這種力傳感器的情況下，輸入-輸出關(guān)系的可靠性是關(guān)鍵的，尤其是所述零點(diǎn)輸出(偏移輸出)的穩(wěn)定性是極其重要的。因此，當(dāng)它不工作時(shí)，輸出為零或給出具體的偏移值且該值是恒定的是必要的。換句話說，當(dāng)它不工作時(shí)，如果輸出改變或偏移值改變，則將失去檢測(cè)裝置的可靠性，使得確定零點(diǎn)成為不可能。
例如，利用力傳感器的定點(diǎn)裝置可以引起這種問題當(dāng)沒有操作時(shí)，零點(diǎn)或偏移值改變時(shí)微小輸出信號(hào)引起移動(dòng)指示器。例如，已經(jīng)報(bào)告一種情況指示器僅通過接收來自完全不涉及使用者意圖的空調(diào)部件的空氣而開始移動(dòng)。
力傳感器的輸入/輸出關(guān)系需要輸入和輸出之間存在確定的關(guān)系，當(dāng)在其中由于比如溫度的環(huán)境因素方面的改變?cè)斐奢敵銎频那闆r下檢測(cè)微小的力時(shí)，區(qū)分由環(huán)境變化引起的輸出漂移和由微小輸入引起的輸出改變是極其困難的。試圖穩(wěn)定相對(duì)于比如溫度的環(huán)境因素方面的改變的輸出往往是代價(jià)昂貴的。
對(duì)于力傳感器的零點(diǎn)輸出(偏移輸出)典型地期望確定的變化，所述力傳感器的零點(diǎn)輸出(偏移輸出)隨每個(gè)力傳感器而改變，因此，試圖一致地設(shè)置輸出值是無意義的。因此，通常的做法是將開啟電源電壓時(shí)的值作為零點(diǎn)值強(qiáng)制存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中，或在對(duì)每一力傳感器的工廠出貨之前的調(diào)節(jié)時(shí)將零點(diǎn)值(偏移電壓值等)存儲(chǔ)在非易失性存儲(chǔ)器中。強(qiáng)制存儲(chǔ)開啟電源時(shí)的值作為零點(diǎn)值的問題在于，當(dāng)操作者的手指錯(cuò)誤地接觸部件時(shí)，不同于真實(shí)值的值可以作為在這種情況下的零值被記錄。使用用于存儲(chǔ)在工廠出貨時(shí)的零點(diǎn)值的非易失性存儲(chǔ)裝置的問題是它意味著附加的花費(fèi)。在任何情況下，通過諸如溫度和濕度之類的環(huán)境因素的改變會(huì)影響存儲(chǔ)時(shí)的零點(diǎn)值，從而不可能跟蹤這種零點(diǎn)波動(dòng)。
盡管當(dāng)沒有輸入至功率傳感器時(shí)避免對(duì)部件供電在利用力傳感器的系統(tǒng)中的省電方面是有效的，但這使得它不可能識(shí)別是否存在輸入，除非對(duì)檢測(cè)部件供電。為了避免這種不便，通常的做法是間歇地對(duì)該部件供電。
讓我們參考圖5說明力傳感器(圖1或圖2)的零點(diǎn)設(shè)置方法。在圖5(A)中，在短的時(shí)間間隔中進(jìn)入五個(gè)輸入f1、f2、f3、f4和f5，其中輸入f1到f5之間的大小關(guān)系是f2＞f1＞f3≈f4≈f5，也就是f2具有最高的電平，同時(shí)f1和f2具有最長(zhǎng)的時(shí)間間隔，并且f3、f4和f5是微小時(shí)間間隔的微小輸入。此外，假定在巨大輸入之后進(jìn)入微小輸入。
對(duì)于這種輸入f1到f5，力傳感器2產(chǎn)生相應(yīng)于輸入的輸出C11、C12、C13、C14和C15，如圖5(B)所示，即示出了相應(yīng)于輸入的電容的變化，盡管事實(shí)是沒有輸入，但在用于第一輸入f1的輸出C11之后，在b1部分中產(chǎn)生微小輸出。這是殘余輸出。此外，由于輸入f2，在輸出C12之后立即在b2部分中產(chǎn)生大的殘余輸出。由于輸出C13到C15在所述殘余輸出上交迭，并且在b3之后的輸入較小，所以可以理解殘余輸出隨著時(shí)間而減小。
這些殘余輸出取決于接收壓力的結(jié)構(gòu)6的恢復(fù)能力。諸如橡膠之類用于結(jié)構(gòu)6的彈性體具有在變形之后恢復(fù)至它的初始形狀的特性。利用合適選擇的材料可以改善恢復(fù)特性至一定程度以減小殘余輸出，但不能完全消除它們。當(dāng)出現(xiàn)強(qiáng)的輸入改變并且它們的時(shí)間間隔較短時(shí)，消除殘余輸出是困難的。
已經(jīng)提出消除這種殘余輸出的方法，其中在零點(diǎn)附近設(shè)置用于不允許殘余輸出被響應(yīng)的死區(qū)區(qū)域，并強(qiáng)制死區(qū)區(qū)域的輸出范圍被賦予如圖5(C)所示的零點(diǎn)。圖5(D)示出作為由死區(qū)區(qū)域的設(shè)置補(bǔ)償?shù)慕Y(jié)果的具有降低的電平的輸出C110、C120、C130、C140和(C150)。當(dāng)設(shè)置這種死區(qū)區(qū)域時(shí)，它消除了殘余輸出的問題，但它同時(shí)影響輸入/輸出關(guān)系。在其中不設(shè)置死區(qū)區(qū)域的輸出(B)和其中設(shè)置死區(qū)區(qū)域的輸出(D)之間的比較中，在輸入和輸出之間將產(chǎn)生延遲時(shí)間td，這樣惡化了涉及時(shí)間的響應(yīng)。此外，微小輸出C15能夠變得隱藏入死區(qū)電平中，并且可能不產(chǎn)生任何輸出(“d”部分)，這樣惡化涉及電平的響應(yīng)。依據(jù)死區(qū)區(qū)域設(shè)置的強(qiáng)制零點(diǎn)設(shè)置可能惡化檢測(cè)靈敏度和輸入關(guān)系，并影響力傳感器的可靠性。
在上面提到的現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)中沒有提及這種問題，并且作為對(duì)它的解決手段沒有進(jìn)行公開或建議。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明涉及一種將力轉(zhuǎn)換成電容的力傳感器，并用來提供一種可以產(chǎn)生多個(gè)具有不同輸出特性的輸出的力傳感器。
本發(fā)明也涉及將力轉(zhuǎn)換成電容的力傳感器的輸出處理，以使得可能從單個(gè)輸入獲得多個(gè)輸出，并利用其它輸出作為參考信息以用于獲得輸出，從而增大輸出精度。
本發(fā)明配備有在公共位移部件上的多個(gè)傳感器部件，從而使其可以參考其它輸出從每一傳感器部件獨(dú)立地獲得輸出，因此使它可以消除位移部件的偏移并設(shè)置零點(diǎn)，從而使它能夠提高輸出精度。
為了獲得上面的目的，本發(fā)明的力傳感器具有當(dāng)施加力時(shí)發(fā)生位移的位移部件，從所述位移部件的位移產(chǎn)生第一輸出的單個(gè)或多個(gè)第一傳感器部件，以及被附加至所述第一傳感器部件并從所述位移部件的位移產(chǎn)生第二輸出的第二傳感器部件。
由于具有基于公共位移部件工作的第一和第二傳感器的這種結(jié)構(gòu)，第一和第二傳感器部件將提供來自由所施加的力產(chǎn)生的位移的第一和第二獨(dú)立輸出。這兩個(gè)輸出可用作作為彼此的互補(bǔ)或補(bǔ)償數(shù)據(jù)的參考信息。第一和第二傳感器部件可以均由單個(gè)或多個(gè)傳感器構(gòu)成。
為了獲得上面的目的，可以以這種方式組成力傳感器所述位移部件的位移包括由力造成的所述位移部件的變形或所述位移部件的運(yùn)動(dòng)或其兩者。
為了獲得上面的目的，可以以這種方式組成力傳感器所述第二傳感器部件的輸出比起所述第一傳感器部件的輸出而陡峭上升，并提前于所述第一傳感器部件的輸出而移至飽和狀態(tài)。由于這種結(jié)構(gòu)，第二輸出可被用作輸入信息，例如以指示力被施加至位移部件。所述輸出可被用作第一輸出的零點(diǎn)信息。
為了獲得上面的目的，可以以這種方式組成力傳感器在所述位移部件的中心配備所述第二傳感器，同時(shí)配備所述第一傳感器部件以包圍繞所述第二傳感器。
為了獲得上面的目的，本發(fā)明的力檢測(cè)系統(tǒng)具有力傳感器，其在當(dāng)施加力時(shí)發(fā)生位移的位移部件中配備有第一和第二傳感器部件，并產(chǎn)生表示所述位移部件的位移的第一和第二輸出；以及處理部件，其利用所述力傳感器的所述第二輸出作為用于所述第一輸出的參考信息來獲得所述第一輸出。
由于這種結(jié)構(gòu)，位移部件配備有第一和第二傳感器，從而使它在受力時(shí)產(chǎn)生位移，并可以獨(dú)立地從第一傳感器部件產(chǎn)生第一輸出和從第二傳感器部件產(chǎn)生第二輸出。雖然可以獨(dú)立地使用每一輸出，但由于它們共用公共位移部件，所以它們具有在機(jī)械上和同時(shí)產(chǎn)生的關(guān)系。因此，可以利用第二輸出作為在產(chǎn)生第一輸出中的參考數(shù)據(jù)。例如，如果它被用作時(shí)間信息或電平信息，則可以參考產(chǎn)生第二輸出的時(shí)間在產(chǎn)生第二輸出的時(shí)間中實(shí)施產(chǎn)生第一輸出的過程，或者如果第二輸出的電平超過指定值則產(chǎn)生第一輸出。由于這種結(jié)構(gòu)，利用第一和第二輸出之間的相關(guān)性可以增強(qiáng)第一輸出的可靠性。
為了獲得上面的目的，也可以以這種方式組成力檢測(cè)系統(tǒng)所述處理部件從所述第二輸出提取表示超過指定電平的電平周期的時(shí)間信息，并參考所述時(shí)間信息獲得所述第一輸出。
為了獲得上面的目的，也可以以這種方式組成力檢測(cè)系統(tǒng)所述力傳感器的所述第二傳感器部件在所述位移部件開始位移之后不久就將所述第二輸出移至飽和的情形。例如，可以以這種方式組成該系統(tǒng)如果第二輸出被用作第一輸出的參考信息，則在位移部件的位移之后不久第二輸出就飽和。
為了獲得上面的目的，也可以以這種方式組成力檢測(cè)系統(tǒng)所述參考信息是所述第一輸出的零點(diǎn)信息。由于這種結(jié)構(gòu)，利用第二輸出作為第一輸出的零點(diǎn)信息，可以消除由位移部件的特性造成的輸出誤差和偏移，這樣增大了力檢測(cè)的精度，并獲得對(duì)應(yīng)于人工輸入的輸出。
為了獲得上面的目的，所組成的力檢測(cè)程序包括從當(dāng)施加力時(shí)發(fā)生位移的位移部件中配備的第一傳感器部件中獲得第一輸出的功能，從在所述位移部件中配備的第二傳感器部件中獲得第二輸出的功能，從所述第二輸出提取表示超過指定電平的電平周期的時(shí)間信息的功能，以及參考所述時(shí)間信息獲得所述第一輸出的功能。
由于這種結(jié)構(gòu)，因?yàn)閰⒖嫉诙敵霁@得第一輸出，所以可以消除由位移部件的特性造成的輸出誤差和偏移，這樣增大了力檢測(cè)的精度，并獲得對(duì)應(yīng)于人工輸入的輸出。
如上面的說明所見，本發(fā)明提供了下面的效果。
依據(jù)本發(fā)明的力傳感器，參考用于獲得一個(gè)輸出的其它輸出，并利用它們作為用于補(bǔ)償各種輸出等之間的偏移輸出的參考信息，就可以從公共位移部件獨(dú)立地獲得多個(gè)輸出，從而可以提供一種具有高精度傳感器輸出的高可靠性的力傳感器。
依據(jù)本發(fā)明的力檢測(cè)系統(tǒng)或力檢測(cè)程序，利用第二輸出作為第一輸出的參考信息可以補(bǔ)償?shù)谝惠敵?，從而通過補(bǔ)償力傳感器的波動(dòng)和由在位移部件中使用的材料的特性值造成的輸出誤差來獲得具有高可靠性的力的檢測(cè)。


圖1是示出現(xiàn)有技術(shù)的力傳感器的圖。
圖2是示出現(xiàn)有技術(shù)的另一力傳感器的圖。
圖3示出顯示響應(yīng)于輸入力的力傳感器的變形狀態(tài)的圖。
圖4是示出輸入/輸出關(guān)系的曲線圖。
圖5是示出輸入/輸出關(guān)系的曲線圖。
圖6是示出依據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的圖。
圖7是示出依據(jù)本發(fā)明的力傳感器的變形的圖。
圖8是示出第一傳感器部件的輸入/輸出關(guān)系的圖。
圖9是示出第二傳感器部件的輸入/輸出關(guān)系的圖。
圖10是示出依據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的框圖。
圖11是示出依據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施例的流程圖。
圖12是示出第一和第二傳感器部件的輸入/輸出關(guān)系的圖。
圖13是示出本發(fā)明的第四實(shí)施例的圖。
圖14是示出本發(fā)明的第五實(shí)施例的橫截面。
圖15是示出第一和第二傳感器部件的輸入/輸出關(guān)系的圖。
圖16是示出本發(fā)明的第六實(shí)施例的圖。
圖17是示出第一和第二傳感器部件的輸入/輸出關(guān)系的圖。
圖18是示出本發(fā)明的第七實(shí)施例的框圖。
圖19是示出本發(fā)明的第八實(shí)施例的圖。
圖20是示出本發(fā)明的第九實(shí)施例的框圖。
圖21是示出本發(fā)明的第十實(shí)施例的圖。
圖22是示出本發(fā)明的第十一實(shí)施例的圖。
圖23是示出依據(jù)第十一實(shí)施例的力傳感器的檢測(cè)工作的圖。
圖24是示出第一和第二傳感器部件的輸入/輸出關(guān)系的圖。
圖25是示出檢測(cè)電極的變形的平面圖。
圖26是示出檢測(cè)電極的變形的平面圖。
圖27是示出第二傳感器部件的變形的橫截面。
具體實(shí)施例方式
第一實(shí)施例下面參考圖6說明本發(fā)明的第一實(shí)施例。圖6示出力傳感器，其中(A)是它的平面圖，(B)是沿著(A)的VIB-VIB線的橫截面，而(C)是示出它不具有位移部件的力傳感器的平面圖。
該力傳感器20配備有位移部分24，該位移部分24被安裝于基板22之上，用于當(dāng)施加外力時(shí)產(chǎn)生位移，位移部分24配備有在該實(shí)施例中在垂直方向上是柔性的圓柱形支撐部分26、與支撐部分26集成形成的板狀輸入部分28、在輸入部分28的內(nèi)部中心的柱形突出30。位移部分24由諸如橡膠的或金屬的之類的彈性材料制成，從而當(dāng)施加外力時(shí)它可以變形，并當(dāng)去除該力時(shí)恢復(fù)它的初始形狀。
在基板22上安裝有環(huán)形檢測(cè)電極32作為第一檢測(cè)電極，同時(shí)在面向檢測(cè)電極32的輸入部分28的內(nèi)表面上配備具有與檢測(cè)電極32的形狀相同的電極34。檢測(cè)電極32和電極34組成第一傳感器部件36。以這種方式組成傳感器部件36假定檢測(cè)電極32和電極34的相對(duì)面積S1是恒定的，當(dāng)在力f下電極距離d1變化時(shí)，它產(chǎn)生響應(yīng)于力f的電容C1。盡管檢測(cè)電極32和電極34被假定為是環(huán)形的，但它們也可以是矩形的。
配備圓形檢測(cè)電極40作為由絕緣距離38分離的檢測(cè)電極32內(nèi)部的第二檢測(cè)電極。在突出30的頂端配備電極42以面向檢測(cè)電極40。檢測(cè)電極40和電極42組成第二傳感器部件44。以這種方式組成傳感器部件44假定檢測(cè)電極40和電極42的相對(duì)面積S2是恒定的，當(dāng)在力f下電極距離d2變化時(shí)，它產(chǎn)生響應(yīng)于力f的電容C2。用于傳感器4 4的電極距離d2小于用于傳感器36的電極距離d1為突出30的長(zhǎng)度(d1＞d2)。盡管檢測(cè)電極40和電極42被假定為是圓形的，但它們也可以是矩形的。
依據(jù)這種結(jié)構(gòu)，當(dāng)通過例如在力傳感器20的位移部分24的輸入部分28上的手指施加力f時(shí)，位移部分24相應(yīng)于力f而變形，并且輸入部分28以及支撐部分26如圖7所示彎曲，引起檢測(cè)電極32接近電極34，同時(shí)突出30的電極42接近檢測(cè)電極40，直至最后接觸。在這種情況下，由于檢測(cè)電極40和電極42之間的間隙是小的，所以在輸入部分38開始位移之后不久，電極42就與檢測(cè)電極40接觸。這種位移引起傳感器部件36依據(jù)面對(duì)面積S1和電極距離d1產(chǎn)生電容C1，并引起傳感器部件44依據(jù)面對(duì)面積S2和電極距離d2產(chǎn)生作為第二傳感器的輸出的電容C2。
傳感器部件36的輸入/輸出關(guān)系表現(xiàn)為如圖8所示的相對(duì)于輸入f的電容C1的平滑變化。在這種情況下，偏移輸出Coffset是輸入部分28變形之前傳感器部件36的輸出。
相反，當(dāng)檢測(cè)電極40鄰接電極42并在輸入部件28的位移開始之后不久就飽和時(shí)，傳感器部件44的輸入/輸出關(guān)系產(chǎn)生僅在如圖9(A)所示的小輸入范圍中的輸出變化。如圖9(B)所示，其顯示了在圖9(A)中輸入/輸出關(guān)系的放大，相比較于傳感器部件36，較小的輸入使傳感器部件44飽和，從而使傳感器44可以主要用于微小力f的檢測(cè)。換句話說，傳感器部件44的輸出能夠提供在力傳感器20的零點(diǎn)附近的輸出。
第二實(shí)施例下面參考圖10說明本發(fā)明的第二實(shí)施例。圖10是示出利用力傳感器的力檢測(cè)系統(tǒng)的框圖。
該力檢測(cè)系統(tǒng)46配備有前述力傳感器20，并以這種方式組成傳感器部分36的傳感器輸出C1和第二傳感器20的傳感器44的傳感器輸出C2分別進(jìn)入輸出處理部件48，并利用作為諸如零點(diǎn)補(bǔ)償信息等等之類的參考信息的傳感器輸出C2補(bǔ)償傳感器輸出C1，以產(chǎn)生相應(yīng)于力f的檢測(cè)輸出C0。在這種情況下，輸出處理部件48配備有分別用于輸出C1和C2的電容/電壓(C/V)轉(zhuǎn)換器50和52以及在傳感器輸出C1側(cè)上配備的模擬/數(shù)字(A/D)轉(zhuǎn)換器54、以及在傳感器輸出C2側(cè)上配備的比較器56。這些A/D轉(zhuǎn)換器54和比較器56的輸出進(jìn)入處理器58。處理器58可以組成芯片微型計(jì)算機(jī)等。
由于這種結(jié)構(gòu)，傳感器部件36的輸出C1(圖8)進(jìn)入C/V轉(zhuǎn)換器50以被轉(zhuǎn)換成電壓、模擬值，然后被A/D轉(zhuǎn)換器54轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，并進(jìn)入處理器58。
傳感器部件44的輸出C2(圖9)進(jìn)入C/V轉(zhuǎn)換器52以被轉(zhuǎn)換成電壓，然后其進(jìn)入比較器56，同時(shí)當(dāng)電壓值超過預(yù)定電平Vref時(shí)，比較器56產(chǎn)生開關(guān)輸出。該輸出進(jìn)入處理器58。
處理器58配備有作為運(yùn)算處理手段的裝置的CPU(中央處理部件)和作為存儲(chǔ)程序與數(shù)據(jù)的裝置的ROM(只讀存儲(chǔ)器)；基于傳感器輸出C2的比較器56的輸出被用作用于傳感器輸出C1的零點(diǎn)補(bǔ)償?shù)膮⒖夹畔?，并從傳感器輸出C1消除偏移輸出以獲得相應(yīng)于輸入的高精度的檢測(cè)輸出C0。
第三實(shí)施例下面參考圖11說明本發(fā)明的第三實(shí)施例。圖11是用于處理器58的輸出處理的力檢測(cè)程序的舉例的流程圖。
力檢測(cè)程序讀出并存儲(chǔ)傳感器部件36的第一輸出C1以及傳感器44部件的第二輸出C2(步驟S1)。由于輸出C2隨響應(yīng)輸入f而進(jìn)行電平變化，所以基于所述電平變化和它們的時(shí)間關(guān)系從輸出C1中提取表示超過指定電平的電平的周期的時(shí)間信息(步驟S2)。參考所述時(shí)間信息補(bǔ)償輸出C1(步驟S3)，以便獲得被補(bǔ)償?shù)妮敵鯟1(步驟S4)。
由于力傳感器20(圖6)配備有用于單個(gè)位移部分24的兩個(gè)傳感器部件36和44，這意味著單個(gè)輸入被饋送至兩個(gè)傳感器部件36和44，所以同時(shí)產(chǎn)生輸出C1和C2。如果從輸出C2提取的時(shí)間信息被用作用于從輸出C1獲得輸出的參考，則可以獲得具有沒有偏移輸出的確定零點(diǎn)電平的輸出。
下面參考圖12說明基于該力檢測(cè)系統(tǒng)和力檢測(cè)程序的輸出過程。圖12是對(duì)應(yīng)于在圖5中示出的記錄的記錄，其中(A)示出以相對(duì)較短的時(shí)間周期施加的多個(gè)不同電平的輸入，(B)示出第一傳感器部件的輸出，(C)示出第二傳感器部件的輸出，(D)示出用于第一輸出的補(bǔ)償過程，以及(E)示出被補(bǔ)償?shù)妮敵觥?br> 在圖12(A)中，五個(gè)輸入f1、f2、f3、f4和f5是連續(xù)進(jìn)入的那些輸入，其中輸入f1到f5之間的大小關(guān)系是f2＞f1＞f3≈f4≈f5，也就是f2具有最高的電平，同時(shí)f1和f2具有最長(zhǎng)的時(shí)間間隔，并且f3、f4和f5是微小時(shí)間間隔的微小輸入。
對(duì)于這種輸入f1到f5，力傳感器36依據(jù)如圖8所示的輸入/輸出關(guān)系產(chǎn)生如圖12(B)所示的輸出C11、C12、C13、C14和C15，即示出了依據(jù)輸入的電容的變化，盡管事實(shí)是沒有輸入，但在用于第一輸入f1的輸出C11之后，在“b1”部分中產(chǎn)生微小輸出。這是殘余輸出。此外，由于輸入f2，在輸出C12之后立即在b2部分中產(chǎn)生較大的殘余輸出，反映出輸入f2的大的尺寸。由于輸出C13到C15在所述殘余輸出上交迭，并且在b3之后的輸入較小，這樣殘余輸出隨著時(shí)間而減小。這些過程類似于圖5和它的說明。
傳感器部件44依據(jù)如圖9所示的輸入/輸出關(guān)系產(chǎn)生如圖12(C)所示的輸出C21、C22、C23、C24和C25。為什么輸出C21和C22的電平低于輸出C11和C12的電平的原因是，相比較于檢測(cè)電極32，檢測(cè)電極40的側(cè)面上的面對(duì)面積較小，并通過電極之間的接觸而獲得飽和的情形。為什么輸出C13到C15在輸入的力f1到f5的去除側(cè)面上減小更慢，而輸出C23到C25變化更劇烈，并且它們的時(shí)間間隔基本上是均勻的原因是，它們?nèi)Q于位移部件24的機(jī)械形狀恢復(fù)特性，支撐部分26首先返回至它的初始狀態(tài)，然后突出30返回至初始狀態(tài)。
因此，在該實(shí)施例中，建立輸出電平Cns以對(duì)應(yīng)于如在12(C)所示的輸出C21到C25的死區(qū)區(qū)域，對(duì)其中輸出電平超過輸出Cns的電平的周期賦予輸出時(shí)間周期th(＝1)，并對(duì)剩余周期賦予輸出零時(shí)間t0(＝0)。因此，在時(shí)間t1、t2、t3、t4和t5時(shí)間的周期期間它是“1”，而在剩余周期中它是“0”。如果分別通過將表示這些輸出C11到C15的時(shí)間信息“1”和用于其它周期的時(shí)間信息“0”乘以輸出C21到C25而在每一時(shí)間周期th中獲得輸出C11到C15，就可能獲得作為如圖12(E)所示的被補(bǔ)償?shù)妮敵鯟110到C150的C11到C15。然后獲得被補(bǔ)償?shù)妮敵鯟110到C150作為匹配在圖12(A)中示出的輸入f1到f5和分別對(duì)應(yīng)于每一輸入電平的輸出，而不帶有如在輸出C11到C15的情況下的殘余輸出。此外，它們的零點(diǎn)是一致的，并且由于如在現(xiàn)有技術(shù)中經(jīng)歷的死區(qū)周期的設(shè)置，它們的檢測(cè)靈敏度和輸入/輸出關(guān)系沒有惡化，并且它們維持高可靠性的輸入/輸出關(guān)系。
盡管在該實(shí)施例中假定通過將從輸出C21到C25提取的時(shí)間信息乘以輸出C11到C15來獲得補(bǔ)償輸出C110到C150，也可以將系統(tǒng)設(shè)置成通過使輸出C11到C15通過在具有超過用于輸出C21到C25的指定電平的電平的周期期間通過信號(hào)的門裝置獲得補(bǔ)償輸出C110到C150。而且，也可以以這種方式組成系統(tǒng)將輸出C11到C15加上或乘以輸出C21到C25，并利用超過確定電平的所得值作為輸出。
第四實(shí)施例下面參考圖13說明本發(fā)明的第四實(shí)施例。圖13示出依據(jù)第四實(shí)施例的力傳感器，其中(A)是它的平面圖，(B)是沿著(A)的XIIIB-XIIIB線的橫截面，(C)是示出它不具有位移室的力傳感器的平面圖。
涉及該實(shí)施例的力傳感器20配備有由懸梁構(gòu)成的位移部分24，其中位移部分24由彈性材料制成，并具有與矩形輸入部分28集成形成的平坦矩形柱狀支撐部分26。通過在一端的支撐部分26來支撐輸入部分28，并且在作為懸梁的自由端的另一端形成柱形突出30。在基板22上面向在輸入部分28的內(nèi)表面上配備的電極34配備矩形形狀檢測(cè)電極32，檢測(cè)電極32和電極34這樣組成第一傳感器部件36。此外，在基板22的上表面上形成檢測(cè)電極40，其中它與面向在突出30的頂端上形成的電極42的突出30相對(duì)，檢測(cè)電極40和電極42這樣組成第二傳感器部件44。
由于這種結(jié)構(gòu)，類似于依據(jù)第一實(shí)施例的前述力傳感器20(圖6)，可以依據(jù)對(duì)應(yīng)于力f的位移部分24的位移從傳感器部件36獲得輸出C1(圖8)和從傳感器部件44獲得輸出C2(圖9)。也可能利用該傳感器20組成力檢測(cè)系統(tǒng)(圖10)，利用類似的力檢測(cè)程序(圖11)從輸出C2中提取時(shí)間信息，并利用時(shí)間信息通過執(zhí)行用于輸出C1的補(bǔ)償過程獲得沒有殘余輸出的輸出C0(圖12)。
第五實(shí)施例下面參考圖14說明本發(fā)明的第五實(shí)施例。圖14是示出依據(jù)第五實(shí)施例的力傳感器的垂直橫截面。
依據(jù)該實(shí)施例的力傳感器20配備有T形橫截面的位移部分24，并且該位移部分24由支撐部分26和輸入部分28組成。輸入部分28的遠(yuǎn)端被制成自由端，并且位移部分24由諸如具有合適彈性的橡膠之類的彈性材料制成。因此，當(dāng)輸入部分28在垂直方向上接收力f，在位移部分24的自由端上配備突出30A和30B在垂直方向上延伸時(shí)，輸入部分28在垂直方向上自由地彎曲。在與位移部分24分別相對(duì)的基板22A和22B上配備檢測(cè)電極32A和32B，同時(shí)在分別面向檢測(cè)電極32A和32B的輸入部分28上配備電極34A和34B，檢測(cè)電極32A和電極34A以及檢測(cè)電極32B和電極34B這樣組成兩個(gè)第一傳感器部件36A和36B。此外，在與突出30A相對(duì)的基板22A上配備電極40A，并在與突出30B相對(duì)的基板22B上配備電極40B，同時(shí)，在與檢測(cè)電極40A相對(duì)的突出30A上配備電極42A，在與檢測(cè)電極40B相對(duì)的突出30B上配備電極42B，檢測(cè)電極40A和電極42A以及檢測(cè)電極40B和電極42B這樣組成兩個(gè)第二傳感器部件44A和44B。
由于這種結(jié)構(gòu)，輸入部分28依據(jù)輸入f位移至上側(cè)或下側(cè)，傳感器部件36A依據(jù)輸入f產(chǎn)生輸出C1A，傳感器部件36B依據(jù)輸入f產(chǎn)生輸出C1B，同時(shí)，傳感器部件44A依據(jù)輸入f產(chǎn)生輸出C2A，傳感器部件44B依據(jù)輸入f產(chǎn)生輸出C2B。圖15(A)示出輸出C1A和C1B的趨勢(shì)，同時(shí)，圖15(B)示出輸出C2A和C2B的趨勢(shì)。如先前所述，在位移部分24開始位移之后不久，傳感器部件44A和44B的輸出C2A和C2B就達(dá)到飽和狀態(tài)。
在利用依據(jù)第五實(shí)施例的力傳感器20的力檢測(cè)系統(tǒng)46(圖14)中，一個(gè)力傳感器20配備一對(duì)第一和第二傳感器部件36A、36B、44A和44B，從而如前面所述，利用組成在圖10中示出的一對(duì)力檢測(cè)系統(tǒng)46的類似的力檢測(cè)程序(圖11)或通過公共處理器58的使用，通過從輸出C2A和C2B提取時(shí)間信息，并執(zhí)行用于輸出C1A和C1B的補(bǔ)償過程(圖12)，可以從傳感器部件36A和36B的輸出C1A和C1B獲得沒有任何殘余輸出的補(bǔ)償輸出C0A和C0B。
第六實(shí)施例下面參考圖16說明本發(fā)明的第六實(shí)施例。圖16示出依據(jù)第六實(shí)施例的力傳感器，其中(A)是它的垂直橫截面，(B)是示出檢測(cè)電極的形狀和布置的它的平面圖。
依據(jù)該實(shí)施例的力傳感器20配備有在基板22的上表面上配備的矩形管狀位移部分24，當(dāng)施加外力時(shí)其產(chǎn)生位移，并且位移部分24配備有柔性矩形管狀支撐部分26、與支撐部分26集成形成的矩形平坦板形輸入部分28以及在輸入部分28的內(nèi)部中心的垂直壁形突出30。位移部分24由諸如橡膠的或金屬的之類的彈性材料制成，從而當(dāng)施加外力時(shí)它可以變形，并當(dāng)去除該力時(shí)恢復(fù)它的初始形狀。在位移部分24的輸入部分28的上表面上配備輸入襯墊60，并在輸入襯墊60的上表面上形成彎曲腔62以便于通過手指的力輸入。
在突出30的兩側(cè)上的基板22上配備矩形檢測(cè)電極32A和32B作為第一檢測(cè)電極，同時(shí)，在面向所述檢測(cè)電極32A和32B的輸入部分28的內(nèi)表面上配備如電極32A和32B的相同形狀的電極34A和34B。檢測(cè)電極32A和電極34A組成傳感器部件36A，同時(shí)檢測(cè)電極32B和電極34B組成傳感器部件36B。在面向突出30的基板22上配備檢測(cè)電極40，并在面向所述檢測(cè)電極40的突出30上配備電極42，從而使檢測(cè)電極40和電極42組成傳感器部件44。
由于這種結(jié)構(gòu)，輸入部分28依據(jù)輸入f位移至上側(cè)或下側(cè)，傳感器部件36A依據(jù)輸入f產(chǎn)生輸出C1A，傳感器部件36B依據(jù)輸入f產(chǎn)生輸出C1B，同時(shí)，傳感器部件44依據(jù)輸入f產(chǎn)生輸出C2。圖17(A)示出輸出C1A和C1B的趨勢(shì)，同時(shí)，圖17(B)示出輸出C2的趨勢(shì)。如先前所述，在位移部分24開始位移之后不久，傳感器部件44的輸出C2就達(dá)到飽和狀態(tài)。
第七實(shí)施例下面參考圖18說明本發(fā)明的第七實(shí)施例。圖18是示出利用依據(jù)第七實(shí)施例的力傳感器的力檢測(cè)系統(tǒng)的框圖。以相同的編碼數(shù)字標(biāo)識(shí)與在第二實(shí)施例中相同的那些部分。
力檢測(cè)系統(tǒng)46利用前述力傳感器20(圖16)，并以下面的方式組成該力檢測(cè)系統(tǒng)46傳感器部件36A和36B的輸出C1A和C1B以及傳感器部件48的輸出C2進(jìn)入處理部件48，以便通過利用作為諸如零點(diǎn)補(bǔ)償信息之類的參考信息的輸出C2補(bǔ)償輸出C1A和C1B來獲得對(duì)應(yīng)于力f的補(bǔ)償輸出C0A和C0B。在這種情況下，輸出處理部件48配備有分別用于輸出C1A、C1B和C2的電容/電壓(C/V)轉(zhuǎn)換器50A、50B和52，以及分別在傳感器輸出C1A和C1B側(cè)上配備的模擬/數(shù)字(A/D)轉(zhuǎn)換器54A和54B，以及在傳感器輸出C2側(cè)上配備的模擬/數(shù)字(A/D)轉(zhuǎn)換器57。這些A/D轉(zhuǎn)換器54A、54B和57的輸出進(jìn)入處理器58?？梢杂扇缭诘诙?shí)施例中的比較器組成A/D轉(zhuǎn)換器57(圖10)。
由于這種力檢測(cè)系統(tǒng)46，可以從輸出C2提取前述時(shí)間信息，并利用其執(zhí)行輸出C1A和C1B的補(bǔ)償(圖12)，以便從傳感器部件36A和36B的輸出C1A和C1B獲得沒有任何殘余輸出的補(bǔ)償輸出C0A和C0B。
第八實(shí)施例下面參考圖19說明本發(fā)明的第八實(shí)施例。圖19示出依據(jù)第八實(shí)施例的力傳感器，其中(A)是它的平面圖，(B)是沿著(A)的XIXB-XIXB線的橫截面，(C)是示出檢測(cè)電極的形狀和布置的基板上的檢測(cè)電極的平面圖。
依據(jù)該實(shí)施例的力傳感器20配備有在基板22上配備的圓柱形位移部分24，并且位移部分24配備有柔性圓柱-管狀支撐部分26、與支撐部分26集成形成的圓形平坦板形輸入部分28以及在輸入部分28的內(nèi)部中心配備的圓柱形突出30。位移部分24由諸如橡膠的或金屬的之類的彈性材料制成，從而當(dāng)施加外力時(shí)它可以變形，并當(dāng)去除該力時(shí)恢復(fù)它的初始形狀。在位移部分24的輸入部分28的上表面上配備圓形輸入襯墊60，并在輸入襯墊60的上表面上形成彎曲腔62以便于通過手指的力輸入。在輸入襯墊60的上表面上配備的三角形標(biāo)記63A、63B、63C和63D對(duì)應(yīng)于隨后分別說明的檢測(cè)電極32A、32B、32C和32D的位置。
在包圍突出30的基板22上配備正方形檢測(cè)電極32A、32B、32C和32D作為第一檢測(cè)電極，同時(shí)在面向所述檢測(cè)電極32A、32B、32C和32D的輸入部分28的內(nèi)表面上配備形狀相同于檢測(cè)電極32A到32D的電極34A、34B、34C和34D。這些檢測(cè)電極32A到32D和電極34A到34D組成傳感器部件36A、36B、36C和36D。在面向突出30的基板22上配備檢測(cè)電極40，并在面向所述檢測(cè)電極40的突出30上配備電極42，從而使檢測(cè)電極40和電極42組成傳感器部件44。
由于這種結(jié)構(gòu)，輸入部分28依據(jù)輸入f位移至上側(cè)或下側(cè)，傳感器部件36A到36D依據(jù)輸入f產(chǎn)生輸出C1A、C1B、C1C和C1D，同時(shí)，傳感器部件44依據(jù)輸入f產(chǎn)生輸出C2。如先前所述，在位移部分24開始位移之后不久，傳感器部件44的輸出C2就達(dá)到飽和狀態(tài)。
第九實(shí)施例下面參考圖20說明本發(fā)明的第九實(shí)施例。圖20是示出利用依據(jù)第九實(shí)施例的力傳感器的力檢測(cè)系統(tǒng)的框圖。以相同的編碼數(shù)字標(biāo)識(shí)與在第二實(shí)施例中相同的那些部分。
力檢測(cè)系統(tǒng)46利用前述力傳感器20(圖19)，并以下面的方式組成該力檢測(cè)系統(tǒng)46傳感器部件36A、36B、36C和36D的輸出C1A、C1B、C1C和C1D以及傳感器部件44的輸出C2進(jìn)入處理部件48，以便通過利用作為諸如零點(diǎn)補(bǔ)償信息之類的參考信息的輸出C2補(bǔ)償輸出C1A到C1D來獲得對(duì)應(yīng)于力f的補(bǔ)償輸出C0A、C0B、C0C和C0D。在這種情況下，輸出處理部件48配備有分別用于輸出C1A到C1D和C2的電容/電壓(C/V)轉(zhuǎn)換器50A、50B、50C、50D和52，以及分別在傳感器輸出C1A到C1D側(cè)上配備的模擬/數(shù)字(A/D)轉(zhuǎn)換器54A、54B、54C和54D，以及在傳感器輸出C2側(cè)上配備的模擬/數(shù)字(A/D)轉(zhuǎn)換器57。這些A/D轉(zhuǎn)換器54A到54D和57的輸出進(jìn)入處理器58。可以由如在第二實(shí)施例中的比較器組成A/D轉(zhuǎn)換器57(圖10)。
由于這種力檢測(cè)系統(tǒng)46，可以從輸出C2提取前述時(shí)間信息，并利用其執(zhí)行輸出C1A到C1D的補(bǔ)償(圖12)，以便從傳感器部件36A和36B的輸出C1A到C1D獲得沒有任何殘余輸出的補(bǔ)償輸出C0A、C0B、C0C和C0D。
第十實(shí)施例下面參考圖21說明本發(fā)明的第十實(shí)施例。圖21示出依據(jù)第十實(shí)施例的力傳感器，其中(A)是它的平面圖，(B)是沿著(A)的XXIB-XXIB線的橫截面，以及(C)是示出檢測(cè)電極的形狀和布置的在基板上的檢測(cè)電極的平面圖。以相同的編碼數(shù)字標(biāo)識(shí)與在第八實(shí)施例中相同的那些部分。
依據(jù)該實(shí)施例的力傳感器20配備有在基板22上配備的圓柱形位移部分24，并且位移部分24配備有柔性圓柱-管狀支撐部分26、與支撐部分26集成形成的圓形平坦板形輸入部分28、在輸入部分28的內(nèi)部中心配備的圓柱形第一突出30、以及為同心圍繞突出30而配備的另一圓柱形突出31。位移部分24由諸如橡膠的或金屬的之類的彈性材料制成，從而當(dāng)施加外力時(shí)它可以變形，并當(dāng)去除該力時(shí)恢復(fù)它的初始形狀。在位移部分24的輸入部分28的上表面上配備圓形輸入襯墊60，并在輸入襯墊60的上表面上形成彎曲腔62以便于通過手指的力輸入。
與前述實(shí)施例類似，在基板22上形成的檢測(cè)電極32A到32D和電極34A到34D組成傳感器部件36A到36D。在面向突出30的基板22上配備圓頂開關(guān)64，同時(shí)，在圓頂開關(guān)64周圍配備檢測(cè)電極40以面向突出31，并在面向所述檢測(cè)電極40的突出31上配備電極42，檢測(cè)電極40和電極42這樣組成傳感器部件44。
由于這種結(jié)構(gòu)，輸入部分28依據(jù)輸入f位移至上側(cè)或下側(cè)，這樣允許傳感器部件36A到36D依據(jù)輸入f產(chǎn)生輸出C1A到C1D，以及傳感器部件44依據(jù)輸入f產(chǎn)生輸出C2，同時(shí)，當(dāng)壓下突出30時(shí)圓頂開關(guān)64產(chǎn)生輸出Cd。如先前所述，在位移部分24開始位移之后不久，傳感器部件44的輸出C2就達(dá)到飽和狀態(tài)。
由于這種結(jié)構(gòu)，與依據(jù)第八實(shí)施例的前述力傳感器20(圖19)類似，可以依據(jù)對(duì)應(yīng)于輸入f的位移部分24的位移和來自傳感器部件44的輸出C2從傳感器部件36A到36D獲得輸出C1A到C1D。此外，通過從利用力傳感器20和檢測(cè)程序(圖11)組成的檢測(cè)系統(tǒng)(例如圖20)的輸出C2提取前述時(shí)間信息，并利用所述時(shí)間信息執(zhí)行用于輸出C1A到C1D的補(bǔ)償過程(圖12)，可以獲得沒有任何殘余輸出的輸出C0A到C0D。
第十一實(shí)施例下面參考圖22說明本發(fā)明的第十一實(shí)施例。圖22示出依據(jù)第十一實(shí)施例的力傳感器，其中(A)是它的垂直橫截面，以及(B)是示出了檢測(cè)電極的形狀和布置的它的平面圖。以相同的編碼數(shù)字標(biāo)識(shí)與在第六實(shí)施例中相同的那些部分。
該實(shí)施例涉及力傳感器，其中在滑動(dòng)方向上施加力f，并將力f轉(zhuǎn)換成電容。在該力傳感器20中，在基板22上配備的位移部分24配備有柔性支撐部分26和與支撐部分26集成形成的輸入部分28。輸入部分28具有柔性部分66，以便便于通過輸入f的滑動(dòng)變形，并且在由柔性部分66圍繞的中心形成輸入襯墊68。位移部件24由諸如橡膠的或金屬的之類的彈性材料制成，從而當(dāng)施加外力時(shí)它可以變形，并當(dāng)去除該力時(shí)恢復(fù)它的初始形狀。
與前述實(shí)施例類似，在基板22上形成的檢測(cè)電極32A和32B和單個(gè)電極34組成傳感器部件36A和36B。此外，在檢測(cè)電極32A和32B之間的空間中形成檢測(cè)電極40，同時(shí)，所述檢測(cè)電極40和電極34(42)組成傳感器部件44。
在力傳感器20中，在如通過如圖23(A)中示出的手指70在附圖中的fd表示的方向上施加力f，傳感器部件36A和36B的電極距離“d”變得較窄，以產(chǎn)生輸出C1A和C1B，同時(shí)，傳感器44的電極距離“d”也變得較窄，以產(chǎn)生輸出C2，以及由于電極接觸而引起飽和的情形。如圖23(B)所示，利用飽和中的輸出C2的該點(diǎn)在左(L)方向上滑動(dòng)輸入襯墊68，增大了傳感器36A的輸出C1A，并然后飽和，同時(shí)，由于電極距離d增大，所以傳感器36B的輸出C1B減小。當(dāng)輸入襯墊68滑動(dòng)至右(R)方向，輸出C2保持飽和，傳感器36B的輸出C1B增大并達(dá)到飽和狀態(tài)，同時(shí)，由于它的電極距離d增大，所以傳感器36A的輸出C1A減小。參考這種輸入/輸出關(guān)系，圖24(A)分別示出傳感器36A和36B的輸出C1A和C1B，同時(shí)圖24(B)示出傳感器44的輸出C2。
利用這種力傳感器20組成力檢測(cè)系統(tǒng)46(圖18)使得可能利用從作為輸出C1A和C1B的參考信息的輸出C2中提取前述時(shí)間信息和電平信息來補(bǔ)償輸出C1A和C1B，以獲得沒有殘余輸出的輸出C0A和C0B。
接著，在下面將說明上面提到的實(shí)施例的變形和其它特征(1)盡管在第十一實(shí)施例中說明了左和右滑動(dòng)機(jī)構(gòu)，但是也可能組成如圖25中所示的系統(tǒng)，其中，圓形檢測(cè)電極40帶有在同心圓上設(shè)置的弓形檢測(cè)電極32A、32B、32C和32D，以將其圍繞并允許電極42滑動(dòng)，以便以兩維(X和Y方向)檢測(cè)滑動(dòng)位移。
(2)此外，如圖26所示，該系統(tǒng)也可以由環(huán)形檢測(cè)電極40和位于中心的圓頂開關(guān)64(圖21)組成，以獲得來自檢測(cè)電極40的輸出作為參考信息以及獲得對(duì)應(yīng)于位移部件24的垂直變形的圓頂開關(guān)64的輸出。從單個(gè)位移部件獲得多個(gè)輸出使得可以利用力傳感器20以用于多種用途。
(3)當(dāng)在圖12中所示的過程中將閾值賦予來自傳感器部件44的輸出C2以利用它作為零點(diǎn)信息，以便使來自傳感器部件36的輸出C1為零時(shí)，將該零信息存儲(chǔ)在存儲(chǔ)裝置中以用于上面的過程，從而可以不管由殘余壓力的松弛造成的值中的任何變化而穩(wěn)定零輸出，并獲得即使對(duì)于微小輸入也提供極高的可重復(fù)性的力檢測(cè)系統(tǒng)46，并引起輸入和輸出之間幾乎沒有時(shí)間延遲td(圖12)。換句話說，可以建立具有高穩(wěn)定零點(diǎn)、對(duì)于微小輸入的高輸出可重復(fù)性和沒有時(shí)間延遲的優(yōu)良的傳感器系統(tǒng)。
(4)在前述實(shí)施例(圖6、圖14、圖16和圖19)中，突出30可以用于具有在突出30的頂端處的如圖27(A)所示的小的附加突出72，以運(yùn)載電極42，或形成在突出30的頂端處的足或裙部74，以承載如圖27(B)所示的電極42，或具有在突出30的頂端處的多個(gè)小的突出76，以被用作如圖27(C)所示的電極42。如這樣的組成，可以提高傳感器部件44的輸入/輸出響應(yīng)以便獲得改善的參考信息，比如具有較高精度的零點(diǎn)信息。
(5)由于它們的零點(diǎn)輸出的提高的穩(wěn)定性，即使當(dāng)為了省電而取消了電極之間的通電時(shí)，依據(jù)本發(fā)明的力傳感器也能夠維持在輸入/輸出關(guān)系方面的高可靠性。
本發(fā)明涉及一種將機(jī)械輸入轉(zhuǎn)換為電容的力傳感器、力檢測(cè)系統(tǒng)和力檢測(cè)程序，并且它能夠從公共輸入獲得多個(gè)輸出，以便消除殘余輸出，并提高輸出精度，例如通過利用從一個(gè)輸出中提取的時(shí)間信息作為用于另一輸出的參考信息，這樣其可被用作用于將各種類型的機(jī)械輸入轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的有效轉(zhuǎn)換裝置。
權(quán)利要求
1.一種力傳感器，包括當(dāng)施加力時(shí)發(fā)生位移的位移部件；從所述位移部件的位移產(chǎn)生第一輸出的單個(gè)或多個(gè)第一傳感器部件；以及被附加至所述第一傳感器部件并從所述位移部件的位移產(chǎn)生第二輸出的第二傳感器部件。
2.權(quán)利要求1的力傳感器，其中所述位移部件的位移包括由力造成的所述位移部件的變形或所述位移部件的移動(dòng)或其兩者。
3.權(quán)利要求1的力傳感器，其中所述第二傳感器部件的輸出比起所述第一傳感器部件的輸出而陡峭上升，并提前于所述第一傳感器部件的輸出而移至飽和狀態(tài)。
4.權(quán)利要求1的力傳感器，其中在所述位移部件的中心配備所述第二傳感器，同時(shí)配備所述第一傳感器部件以包圍所述第二傳感器。
5.一種力檢測(cè)系統(tǒng)，包括力傳感器，其在當(dāng)施加力時(shí)發(fā)生位移的位移部件中配備有第一和第二傳感器部件，并產(chǎn)生表示所述位移部件的位移的第一和第二輸出；以及處理部件，其利用所述力傳感器的所述第二輸出作為用于所述第一輸出的參考信息來獲得所述第一輸出。
6.權(quán)利要求5的力檢測(cè)系統(tǒng)，其中所述處理部件從所述第二輸出中提取表示超過指定電平的電平周期的時(shí)間信息，并參考所述時(shí)間信息獲得所述第一輸出。
7.權(quán)利要求5的力檢測(cè)系統(tǒng)，其中在所述位移部件開始位移之后不久，所述力傳感器的所述第二傳感器部件就將所述第二輸出移至飽和的情形。
8.權(quán)利要求5的力檢測(cè)系統(tǒng)，其中所述參考信息是所述第一輸出的零點(diǎn)信息。
9.一種力檢測(cè)程序，包括從在當(dāng)施加力時(shí)發(fā)生位移的位移部件中配備的第一傳感器部件中獲得第一輸出的功能；從在所述位移部件中配備的第二傳感器部件中獲得第二輸出的功能；從所述第二輸出中提取表示超過指定電平的電平周期的時(shí)間信息的功能；以及參考所述時(shí)間信息獲得所述第一輸出的功能。
全文摘要
本發(fā)明用來提供一種將力轉(zhuǎn)換成電容并使之可以產(chǎn)生多個(gè)具有不同輸出特性的輸出的力傳感器、力檢測(cè)系統(tǒng)以及用于它的力檢測(cè)程序。力傳感器20具有用于當(dāng)施加力時(shí)產(chǎn)生位移的位移部件24；用于從位移部件的所述位移產(chǎn)生第一輸出C
文檔編號(hào)H03K17/96GK1696626SQ20051007121
公開日2005年11月16日 申請(qǐng)日期2005年5月13日 優(yōu)先權(quán)日2004年5月14日
發(fā)明者谷口伸光 申請(qǐng)人:安普賽德股份有限公司