微型化挑戰：扭矩傳感器如何越做越小？

時間：2025-12-02 點擊次數：

大家好，我是深圳力準傳感器的張工。最近有個有趣的現象——越來越多的客戶找我們時，第一句話不是問精度，而是問：“張工，你們能做多小？”

今天我們就來聊聊這個“以小見大”的話題：扭矩傳感器如何越做越小，以及這背后不為人知的挑戰與智慧。

上周我拜訪了一家做手術機器人的客戶。他們的總工程師指著一個只有指甲蓋大小的機械關節問我：“這里需要測量扭矩，你們的傳感器能放進去嗎？”

這就是微型化的最直接驅動力——應用場景的空間革命。除了醫療機器人，還有：

我們力準目前已經做到了外徑8mm的微型扭矩傳感器，用在眼科手術器械上，每0.01N·m的精度都可能影響手術成敗。

傳統傳感器可以通過加大彈性體來保證剛度，但微型傳感器沒有這個“資本”。我們的解決方案是：

創新彈性結構設計
我們放棄了傳統的實心軸結構，采用鏤空梁式設計——就像在有限空間里搭起一個微型“腳手架”，既保證了測量所需的柔性，又維持了整體剛度。

應變片貼裝的極限挑戰
在直徑不到10mm的軸面上貼4片應變片，位置偏差不能超過0.1mm，這對我們的微米級貼片工藝提出了極高要求。為此，我們研發了專用的顯微貼裝系統，操作人員需要像做微創手術一樣精細。

尺寸縮小意味著應變片產生的信號更加微弱，噪聲影響更大。我們是這樣應對的：

集成化信號調理
我們把原本外置的放大電路做成ASIC專用芯片，直接封裝在傳感器內部。這顆比米粒還小的芯片，卻集成了放大、濾波、溫補三大功能。

創新的供電方案
對于超微型傳感器，傳統的供電線都會顯得“太粗”。我們正在測試微型感應供電技術，通過電磁耦合實現無線供電，讓傳感器的“尾巴”徹底消失。

材料是微型化的基礎。我們做了這些探索：

記憶合金的巧妙應用
在某些醫療應用中，傳感器需要進入人體后再展開成型。我們與材料實驗室合作，開發了基于形狀記憶合金的可展開結構——進入時直徑僅3mm，到達位置后展開到8mm進行測量。

復合材料的突破
碳纖維復合材料給了我們驚喜。通過特殊的鋪層設計，我們讓材料在扭轉方向“柔軟”以便測量，在其他方向“堅硬”以抵抗干擾，這一特性傳統金屬材料難以實現。

我們為一家機器人公司開發的指關節扭矩傳感器，直徑僅12mm，卻能讓機器人感知抓握雞蛋的力度——太輕會滑落，太重會捏碎。這個傳感器讓機器人真正擁有了“觸覺”。

在手機攝像頭模組裝配線上，我們的微型扭矩傳感器控制著擰緊螺絲的力度。每臺手機6顆螺絲，每顆螺絲的扭矩偏差控制在±0.002N·m以內，相當于一片羽毛的重量差異。

中科院某研究所用我們的微型傳感器研究昆蟲飛行——在蜜蜂翅膀根部安裝傳感器，測量每一次振翅的扭矩變化，為微型飛行器設計提供數據支持。