基于柔性電路板和柔性扁平電纜的稱重傳感器的制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種基于柔性電路板的稱重傳感器，包括傳感元件(1)，所述傳感元件(1)上配置有敏感元件(2)，用于將感知到的應(yīng)變轉(zhuǎn)化為電信號(hào)；線路布在其中的柔性電路板(4)，所述敏感元件(2)通過所述柔性電路板(4)組成測(cè)量電路，以將力信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，從而獲得重量數(shù)據(jù)。所述柔性電路板(4)與所述印刷電路板組件(9)通過柔性扁平電纜(7)連接。該稱重傳感器能夠簡化組橋、方便電纜在長度上的伸縮、實(shí)現(xiàn)溫度補(bǔ)償、且實(shí)現(xiàn)高精度應(yīng)用下印刷電路板組件(PCBA)和傳感元件的配對(duì)要求。
【專利說明】基于柔性電路板和柔性扁平電纜的稱重傳感器

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及稱重傳感器，尤其涉及基于柔性電路板和柔性扁平電纜的稱重傳感器。

【背景技術(shù)】
[0002]稱重傳感器是一種能夠?qū)⒅亓D(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)的轉(zhuǎn)換裝置，其性能在很大程度上決定了稱重的準(zhǔn)確度和穩(wěn)定性。
[0003]然而傳統(tǒng)的稱重傳感器存在一些不足之處。
[0004]首先，傳統(tǒng)的稱重傳感器都是用各種長短不一的漆包線/色線來完成組橋，導(dǎo)線多，焊點(diǎn)多，焊接的工作量大，線的種類繁多，容易接錯(cuò)。
[0005]其次，目前帶電纜的傳感器中，其電纜多數(shù)是圓形電纜，電纜線一端固定在傳感器上，另一端接儀表。四線制電纜的電纜長度對(duì)計(jì)量性能有緊密相關(guān)，其長度不可輕易改變。六線制電纜雖可改變長短，但剪斷，剝線焊線操作起來也不方便。
[0006]再者，對(duì)于印刷線路板外置式的數(shù)字稱重傳感器，圓電纜較粗硬，不易彎曲，不易隱藏，傳感器與外置的印刷線路板連接時(shí)既不美觀，也不方便。
[0007]此外，模擬稱重傳感器的補(bǔ)償內(nèi)容有限，零點(diǎn)隨溫度變化，滿量程隨溫度變化和常溫蠕變較易補(bǔ)償/修正，但線性，滯后和高低溫蠕變很難補(bǔ)償/修正。
[0008]另外，印刷線路板本身也有溫度特性，每個(gè)線路板的溫度特性不盡相同，印刷線路板溫度物性的波動(dòng)和個(gè)體差異對(duì)高精度的傳感器性能會(huì)造成影響。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題在于，提供能夠簡化組橋、方便電纜在長度上的伸縮、實(shí)現(xiàn)溫度補(bǔ)償、且實(shí)現(xiàn)高精度應(yīng)用下印刷電路板組件(PCBA)和傳感元件的配對(duì)要求的稱重傳感器。
[0010]鑒于此，本實(shí)用新型提供了一種基于柔性電路板的稱重傳感器，包括傳感元件(I)，所述傳感元件(I)上配置有敏感元件(2)，用于將感知到的應(yīng)變轉(zhuǎn)化為電信號(hào)；線路布在其中的柔性電路板(4)，所述敏感元件(2)通過所述柔性電路板(4)組成測(cè)量電路，以將力信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，從而獲得重量數(shù)據(jù)。
[0011]根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例，所述敏感元件(2)包括接線端子，該端子與柔性電路板(4)的相應(yīng)端子連接。根據(jù)本實(shí)用新型的一方面，所述柔性電路板(4)上配置有溫度元件(3)，用于探知溫度相關(guān)的溫度數(shù)據(jù)，以實(shí)現(xiàn)溫度補(bǔ)償。根據(jù)本實(shí)用新型的另一方面，所述柔性電路板(4)上還配置有第一存儲(chǔ)器(5)，用于存儲(chǔ)所述傳感器的數(shù)據(jù)記錄，所述傳感器的數(shù)據(jù)記錄包括實(shí)現(xiàn)溫度補(bǔ)償?shù)难a(bǔ)償參數(shù)。
[0012]根據(jù)本實(shí)用新型的另一個(gè)實(shí)施例，所述稱重傳感器與印刷電路板(9)連接，所述印刷電路板(9)用數(shù)字補(bǔ)償算法對(duì)所述重量數(shù)據(jù)和所述溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，以獲得經(jīng)補(bǔ)償?shù)闹亓繑?shù)據(jù)。如權(quán)利要求6所述的稱重傳感器，其特征在于，所述柔性電路板(4)與所述印刷電路板(9)分別配置有第一連接器(6)和第二連接器(8)，第一連接器(6)和第二連接器(8)通過柔性扁平電纜(7)連接。根據(jù)本實(shí)用新型的一方面，第一存儲(chǔ)器(5)中寫有標(biāo)定的參數(shù)。根據(jù)本實(shí)用新型的另一方面，所述印刷電路板(9)包括第二存儲(chǔ)器(12)，第一存儲(chǔ)器(5)或第二存儲(chǔ)器(12)中寫有工序流程信息和/或配置信息。根據(jù)本實(shí)用新型的再一方面，第一存儲(chǔ)器(5)和第二存儲(chǔ)器(12)中寫有相同且唯一的號(hào)碼，以檢測(cè)所述稱重傳感器與所述印刷電路板是否正確配對(duì)。
[0013]采用本實(shí)用新型的稱重傳感器，柔性印刷電路的應(yīng)用可以降低組橋的復(fù)雜度，化繁為簡，操作簡便，不易出錯(cuò)，節(jié)省組橋人工，產(chǎn)品外觀簡潔，可靠性更好。此外，傳感器與印刷線路板用柔性扁平電纜進(jìn)行連接，可以快速實(shí)現(xiàn)傳感器與印刷電路板的連接與更換，滿足不同的長度需要。另外，數(shù)字補(bǔ)償與模擬補(bǔ)償技術(shù)相比，數(shù)字補(bǔ)償技術(shù)可補(bǔ)償?shù)膬?nèi)容更多，可以補(bǔ)償調(diào)整線性，滯后，蠕變和溫度性能。精度更高，并可用于生產(chǎn)多量程/多分度的傳感器，以適合更廣泛的應(yīng)用。通過比對(duì)柔性電路板上的存儲(chǔ)器與印刷線路板上的存儲(chǔ)器數(shù)據(jù)，可以有效控制傳感器模擬電路部分與印刷線路板的一一對(duì)應(yīng)連接，防止高精度場合應(yīng)用時(shí)，印刷線路板匹配錯(cuò)誤對(duì)精度產(chǎn)生影響。因傳感器的基本信息和補(bǔ)償信息和標(biāo)定信息在柔性電路板的存儲(chǔ)器中，方便在低精度場合更換印刷線路板，避免僅壞了印刷線路板卻需要更換整個(gè)傳感器的現(xiàn)狀，實(shí)現(xiàn)模塊化維修，降低維修費(fèi)用，并且更換印刷線路板后不用重新補(bǔ)償和標(biāo)定，節(jié)省維護(hù)工作。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]本實(shí)用新型的上述的以及其他的特征、性質(zhì)和優(yōu)勢(shì)在下面結(jié)合附圖和實(shí)施例的說明之后將變得更加明顯，在附圖中相同的附圖標(biāo)記始終表示相同的特征，其中:
[0015]圖1是根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例的帶柔性電路板和柔性扁平電纜的數(shù)字稱重傳感器的示意圖；
[0016]圖2是本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例的帶柔性電路板的數(shù)字稱重傳感器的示意圖；
[0017]圖3是本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例的帶柔性電路板的半數(shù)字稱重傳感器的示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0018]針對(duì)傳統(tǒng)稱重傳感器的不足，本實(shí)用新型提供了改進(jìn)的稱重傳感器。
[0019]為了降低組橋的勞動(dòng)強(qiáng)度，化繁為簡，采用柔性電路板來取代色線/漆包線，簡化組橋操作，操作簡單，不易出錯(cuò)。用柔性扁平電纜(FFC)實(shí)現(xiàn)傳感元件與印刷電路板組件(PCBA)的連接，安裝簡便，通過更換電纜方便縮短/加長，克服圓電纜在長度更變上的不足，外觀簡潔。采用數(shù)字技術(shù)對(duì)傳感器進(jìn)行補(bǔ)償，使得補(bǔ)償內(nèi)容較模擬補(bǔ)償更加豐富，實(shí)現(xiàn)線性，滯后和高低溫蠕變誤差的補(bǔ)償/修正，彌補(bǔ)模擬傳感器在補(bǔ)償上的不足。用兩個(gè)分別位于PCBA和傳感元件上的存儲(chǔ)器來進(jìn)行PCBA和傳感元件的配對(duì)管理，使存儲(chǔ)器與PCBA作為一個(gè)整體進(jìn)行補(bǔ)償和使用，這樣PCBA自身的溫度特性也會(huì)一起被補(bǔ)償，實(shí)現(xiàn)高精度下的應(yīng)用要求。
[0020]參見圖1，圖1是根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例的帶柔性電路板和柔性扁平電纜的數(shù)字稱重傳感器的示意圖。如圖1所示，在傳感元件I上貼有敏感元件2，在力的作用下傳感元件的敏感梁區(qū)發(fā)生變形，變形量與力成正比，敏感元件2把感知到的應(yīng)變轉(zhuǎn)化為絲柵的電阻變化。可以理解，其中傳感元件可以是例如，彈性體。彈性體可以采用各種結(jié)構(gòu)，諸如，雙孔平行梁式、柱式、梁式、環(huán)式、拉式等結(jié)構(gòu)。敏感元件可以例如是應(yīng)變片。應(yīng)變片也可以采取不同形式，諸如，單片、半橋片、全橋片等形式。敏感元件通過柔性電路板4組成測(cè)量電路(例如，惠斯通全橋電路)，從而將力信號(hào)轉(zhuǎn)化成為電信號(hào)。柔性電路板可以自由彎曲、卷繞、折疊，可依照空間布局要求任意安排，從而達(dá)到元器件裝配和導(dǎo)線連接的一體化，將復(fù)雜的線路布在其中，避免了色線/漆包線的穿引，組橋僅需把敏感元件端子與柔性電路板相應(yīng)的端子進(jìn)行并排連接就可實(shí)現(xiàn)，連接很規(guī)整，方便，外觀簡潔，另外柔性電路具有配線密度高、重量輕、厚度薄的特點(diǎn)。
[0021]未經(jīng)補(bǔ)償?shù)姆Q重傳感器計(jì)量性能會(huì)隨溫度的變化而改變，比如零點(diǎn)溫度變化，滿量程溫度變化，蠕變的溫度差異。為了實(shí)現(xiàn)溫度補(bǔ)償，在柔性電路板4上配置了溫度元件3，用于探知溫度。結(jié)合原始的重量數(shù)據(jù)和溫度數(shù)據(jù)，運(yùn)用數(shù)字補(bǔ)償算法可以實(shí)現(xiàn)與溫度相關(guān)的零點(diǎn)溫度補(bǔ)償，滿量程溫度補(bǔ)償，蠕變溫度補(bǔ)償，補(bǔ)償參數(shù)將被寫入存儲(chǔ)器5。
[0022]模擬重量信號(hào)和溫度信號(hào)經(jīng)放大電路和模數(shù)轉(zhuǎn)化電路，送入運(yùn)算器10，數(shù)字補(bǔ)償算法在運(yùn)算器10中實(shí)現(xiàn)，最后在由輸出端口 13輸出補(bǔ)償后的重量數(shù)據(jù)。
[0023]數(shù)字補(bǔ)償跟模擬補(bǔ)償相比，補(bǔ)償內(nèi)容更豐富，可以方便的實(shí)現(xiàn)線性和滯后補(bǔ)償，蠕變的溫度補(bǔ)償，這些都是模擬傳感器做不到或很難做到的，其次補(bǔ)償精度高，精度可達(dá)ClO或B級(jí)，模擬一般最高達(dá)C6 ;對(duì)于焊接型傳感器，焊接會(huì)對(duì)計(jì)量性能產(chǎn)生影響，數(shù)字補(bǔ)償可以實(shí)現(xiàn)先焊接后補(bǔ)償，這是模擬傳感器不能實(shí)現(xiàn)的。
[0024]柔性印刷電路板或稱柔性電路板(Flexible Printed Circuit, PFC)是用柔性的絕緣基材制成的印刷電路，具有許多硬性印刷電路板不具備的優(yōu)點(diǎn):
[0025](I)可以自由彎曲、卷繞、折疊，可依照空間布局要求任意安排，并在三維空間任意移動(dòng)和伸縮，從而達(dá)到元器件裝配和導(dǎo)線連接的一體化；
[0026](2)具有配線密度高、重量輕、厚度薄的特點(diǎn)，利用FPC可大大縮小電子產(chǎn)品的體積和重量，適用電子產(chǎn)品向高密度、小型化、高可靠方向發(fā)展的需要，在航天、軍事、移動(dòng)通訊、手提電腦、計(jì)算機(jī)外設(shè)、PDA、數(shù)字相機(jī)等領(lǐng)域或產(chǎn)品上得到了廣泛的應(yīng)用；
[0027](3)還具有良好的散熱性和可焊性以及易于裝連、綜合成本較低等優(yōu)點(diǎn)。
[0028]柔性電路板將復(fù)雜的線路布在其中，避免了色線/漆包線的穿引，組橋僅需把敏感元件端子與柔性電路板相應(yīng)的端子進(jìn)行并排連接就可實(shí)現(xiàn)，連接很規(guī)整，方便，外觀簡潔。
[0029]柔性扁平電纜(Flexible Flat Cable,FFC)是一種用PET絕緣材料和極薄的鍍錫扁平銅線，通過高科技自動(dòng)化設(shè)備生產(chǎn)線壓合而成的新型數(shù)據(jù)線纜，具有柔軟、隨意彎曲折疊、厚度薄、體積小、連接簡單、拆卸方便等優(yōu)點(diǎn)。
[0030]本方案在傳感器模擬端配置柔性扁平電纜的連接器，同樣在印刷線路板上也帶連接器。傳感器與印刷線路板用柔性扁平電纜進(jìn)行連接，可以快速實(shí)現(xiàn)傳感器與印刷電路板的連接與更換，滿足不同的長度需要。
[0031]因傳感器的基本信息和補(bǔ)償信息和標(biāo)定信息在柔性電路板的存儲(chǔ)器中，方便在低精度場合更換印刷線路板，避免僅壞了印刷線路板卻需要更換整個(gè)傳感器的現(xiàn)狀，實(shí)現(xiàn)模塊化維修，降低維修費(fèi)用，并且更換印刷線路板后不用重新補(bǔ)償和標(biāo)定，節(jié)省維護(hù)工作。
[0032]對(duì)于一些特殊的應(yīng)用場合，稱重系統(tǒng)本身帶主板，并可對(duì)信號(hào)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換和運(yùn)算處理的時(shí)，傳感器可以以半數(shù)傳的形式提供，即傳感器僅帶存儲(chǔ)器，并已事先對(duì)其進(jìn)行了溫度補(bǔ)償，存儲(chǔ)器中已存儲(chǔ)了傳感器的補(bǔ)償參數(shù)，容量精度等信息，系統(tǒng)可直接讀取這些補(bǔ)償參數(shù)，經(jīng)運(yùn)算處理獲得準(zhǔn)確的重量數(shù)據(jù)。
[0033]圖1中，柔性電路板4和印刷電路板9各配置了一個(gè)柔性扁平電纜連接器6和8，連接器6和8用柔性扁平電纜7相連。柔性扁平電纜有柔軟、隨意彎曲折疊、厚度薄、體積小、連接簡單、拆卸方便等優(yōu)點(diǎn)?？梢宰龀刹煌囊?guī)格長度，輕松更換就可以滿足不同長度的應(yīng)用場合。
[0034]標(biāo)定開關(guān)11用于傳感器裝秤時(shí)的重量標(biāo)定，標(biāo)定的參數(shù)寫入存儲(chǔ)器5，標(biāo)定后即可實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的重量輸出。
[0035]印刷電路板本身也有自身的溫度特性，所以在生產(chǎn)高精度傳感器時(shí)，印刷電路板必須和傳感器作為一整體進(jìn)行補(bǔ)償，補(bǔ)償后印刷電路板的互換會(huì)帶來明顯的性能影響，為了避免配對(duì)錯(cuò)誤，在存儲(chǔ)器5和12中可以寫入相同且唯一的號(hào)碼，用軟件來檢測(cè)是否正確配對(duì)。
[0036]圖2是本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例的帶柔性電路板的數(shù)字稱重傳感器的示意圖。與圖1相比少了一個(gè)柔性扁平電纜連接器和柔性扁平電纜，其它與圖1相同。其缺點(diǎn)是長度不能很好的適應(yīng)更種不同的應(yīng)用場合，必須生產(chǎn)很多種不同長度的傳感器，造成多種產(chǎn)品的庫存積壓。優(yōu)點(diǎn)是因節(jié)省了一個(gè)柔性扁平電纜連接器和柔性扁平電纜，成本略低。
[0037]圖3是本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例的帶柔性電路板的半數(shù)字稱重傳感器的示意圖。與圖2相比，半數(shù)字傳感器沒有印刷電路板，因此成本會(huì)低，應(yīng)用更加靈活。在生產(chǎn)階段所有的補(bǔ)償參數(shù)和配置參數(shù)會(huì)寫入存儲(chǔ)器5。在半數(shù)字傳感器應(yīng)用的時(shí)候，上位系統(tǒng)調(diào)用存儲(chǔ)器中的補(bǔ)償參數(shù)，經(jīng)補(bǔ)償運(yùn)算，即可提供高精度的稱重?cái)?shù)據(jù)，其它豐富的功能，如各種接口可以在上位系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)，所以此方案的優(yōu)點(diǎn)是成本低，與模擬傳感器比，精度高。
[0038]出于方便說明的目的，圖1-3中示出的元件僅作為例示而不作為限制。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以采用更多或更少的元件來實(shí)現(xiàn)。本實(shí)用新型并不限于附圖中所示出的特定元件以及特定方式。
[0039]采用本實(shí)用新型給出的稱重傳感器，能夠?qū)崿F(xiàn)以下益處和效果。
[0040]柔性印刷電路的應(yīng)用可以降低組橋的復(fù)雜度，化繁為簡，操作簡便，不易出錯(cuò)，節(jié)省組橋人工，產(chǎn)品外觀簡潔，可靠性更好。
[0041]FFC具有易彎曲，快速連接，整齊美觀的特點(diǎn)，很適用于傳感器模擬端與外置式印刷線路板間的連接，F(xiàn)FC長度可設(shè)計(jì)成幾種規(guī)格長度可隨意更換。以前的技術(shù)方案是分別做成不同長度電纜的傳感器以滿足不同的應(yīng)用需求，現(xiàn)在的方案是只要一款帶FFC連接器的傳感器就可應(yīng)對(duì)不同的應(yīng)用需求，根據(jù)長度需求配不同長度的FFC即可。
[0042]另外數(shù)字補(bǔ)償與模擬補(bǔ)償技術(shù)相比，數(shù)字補(bǔ)償技術(shù)可補(bǔ)償?shù)膬?nèi)容更多，可以補(bǔ)償調(diào)整線性，滯后，蠕變和溫度性能。精度更高，可達(dá)到C10，并可用于生產(chǎn)多量程/多分度的傳感器，以適合更廣泛的應(yīng)用。
[0043]在柔性電路板上可布置存儲(chǔ)器，傳感器的基本信息和補(bǔ)償信息和標(biāo)定信息存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中。在低精度場合時(shí)，更換印刷線路板后不用重新補(bǔ)償和標(biāo)定，節(jié)省維護(hù)工作，避免僅壞了印刷線路板卻需要更換整個(gè)傳感器的現(xiàn)狀，降低維修費(fèi)用。
[0044]上述實(shí)施例是提供給熟悉本領(lǐng)域內(nèi)的人員來實(shí)現(xiàn)或使用本實(shí)用新型的，熟悉本領(lǐng)域的人員可在不脫離本實(shí)用新型的實(shí)用新型思想的情況下，對(duì)上述實(shí)施例做出種種修改或變化，因而本實(shí)用新型的保護(hù)范圍并不被上述實(shí)施例所限，而應(yīng)該是符合權(quán)利要求書提到的創(chuàng)新性特征的最大范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種稱重傳感器，包括: 傳感元件(I)，所述傳感元件(I)上配置有敏感元件(2)，用于將感知到的應(yīng)變轉(zhuǎn)化為電信號(hào)； 線路布在其中的柔性電路板(4)，所述敏感元件(2)通過所述柔性電路板(4)組成測(cè)量電路，以將力信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，從而獲得重量數(shù)據(jù)。
2.如權(quán)利要求1所述的稱重傳感器，其特征在于，所述敏感元件(2)包括接線端子，該端子與柔性電路板(4)的相應(yīng)端子連接。
3.如權(quán)利要求1所述的稱重傳感器，其特征在于，所述柔性電路板(4)上配置有溫度元件(3)，用于探知溫度相關(guān)的溫度數(shù)據(jù)，以實(shí)現(xiàn)溫度補(bǔ)償。
4.如權(quán)利要求3所述的稱重傳感器，其特征在于，所述柔性電路板(4)上還配置有存儲(chǔ)器(5)，用于存儲(chǔ)所述傳感器的數(shù)據(jù)記錄，所述傳感器的數(shù)據(jù)記錄包括實(shí)現(xiàn)溫度補(bǔ)償?shù)难a(bǔ)償參數(shù)。
5.如權(quán)利要求4所述的稱重傳感器，其特征在于，所述柔性電路板(4)與印刷電路板(9)連接。
6.如權(quán)利要求5所述的稱重傳感器，其特征在于，所述柔性電路板(4)與所述印刷電路板(9)分別配置有第一連接器(6)和第二連接器(8)，兩連接器通過柔性扁平電纜(7)連接。
【文檔編號(hào)】G01G3/18GK204085646SQ201420361934
【公開日】2015年1月7日 申請(qǐng)日期:2014年7月1日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月1日
【發(fā)明者】顧文波, 殷太根, 夏廣平, 馬丁·基希納 申請(qǐng)人:梅特勒-托利多(常州)精密儀器有限公司, 梅特勒-托利多(常州)測(cè)量技術(shù)有限公司, 梅特勒-托利多(常州)稱重設(shè)備系統(tǒng)有限公司