[發(fā)明專利]一種基于壓力傳感的傾角傳感器

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310533252.6
• 申請(qǐng)日: 2013-10-31
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103528567A
• 公開(kāi)（公告）日: 2014-01-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 秦明;高迪;朱阿娟
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 東南大學(xué)
• 主分類號(hào): G01C9/18
• 分類號(hào): G01C9/18
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙) 32249
• 代理人: 楊曉玲

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種基于壓力傳感的傾角傳感器，尤其涉及一種基于微加工技術(shù)制造的具有對(duì)稱位置設(shè)置的兩個(gè)微壓力傳感器的傾角傳感器。

背景技術(shù)

水平儀在現(xiàn)在的許多行業(yè)中應(yīng)用廣泛，常應(yīng)用于機(jī)械加工、醫(yī)療生化系統(tǒng)、精密儀器安裝、建筑、道路工程和軍工船舶等領(lǐng)域。傳統(tǒng)的是水泡傾角式氣泡水平儀，可以測(cè)量一維水平和二維水平面的傾斜情況，但數(shù)據(jù)由肉眼讀取而不能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)測(cè)量，所以測(cè)量時(shí)會(huì)有一定誤差，精度較低。新式電子水平儀或傾角傳感器主要工作原理是電容、電感式，利用固體擺動(dòng)實(shí)現(xiàn)感應(yīng)，并實(shí)現(xiàn)自動(dòng)測(cè)量，可以測(cè)量高精度的機(jī)械結(jié)構(gòu)的平衡情況，如車床、精密儀器等。隨著微加工技術(shù)的發(fā)展，利用硅微制造工藝，降低器件尺寸，傾角儀結(jié)構(gòu)更加精密，并可以和電路集成，可以使測(cè)量更精確。

發(fā)明內(nèi)容

發(fā)明目的：為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明提供一種基于壓力傳感的傾角傳感器，通過(guò)對(duì)稱位置設(shè)置的兩個(gè)微壓力傳感器對(duì)液體的不平衡狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)，原理明確、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。

技術(shù)方案：為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：

一種基于壓力傳感的傾角傳感器，包括襯底、兩個(gè)微壓力傳感器和蓋板，所述襯底的中部設(shè)置有一對(duì)稱截面形狀的豎向無(wú)底深槽，在襯底的底部設(shè)置有壓力彈性膜（即壓力敏感膜），所述壓力彈性膜密封住深槽的底部，且壓力彈性膜相對(duì)于深槽的截面對(duì)稱線對(duì)稱，所述兩個(gè)微壓力傳感器分別設(shè)置在壓力彈性膜底部、深槽下方位置（最好設(shè)置在深槽截面的邊緣位置，此位置的壓力反應(yīng)較為明顯），且兩個(gè)微壓力傳感器相對(duì)于深槽的截面對(duì)稱線對(duì)稱；所述深槽內(nèi)、壓力彈性膜的上方盛放有液體，在壓力彈性膜位置水平時(shí)，液體的液面與深槽的上沿存在間隙，所述蓋板密封在深槽上方；所述壓力彈性膜的底部設(shè)置有絕緣介質(zhì)膜，所述絕緣介質(zhì)膜除金屬引線連接位置外覆罩住壓力彈性膜和兩個(gè)微壓力傳感器，通過(guò)絕緣介質(zhì)膜進(jìn)行保護(hù)實(shí)現(xiàn)電隔離。

優(yōu)選的，所述微壓力傳感器為一維結(jié)構(gòu)應(yīng)力檢測(cè)傳感器或二維結(jié)構(gòu)應(yīng)力檢測(cè)傳感器。優(yōu)選采用半導(dǎo)體壓阻工藝制作的應(yīng)力檢測(cè)傳感器作為微壓力傳感器，將兩個(gè)微壓力傳感器設(shè)置在壓力彈性膜邊緣的對(duì)稱位置：若采用一維結(jié)構(gòu)應(yīng)力檢測(cè)傳感器，一般將其設(shè)置在壓力彈性膜的兩個(gè)長(zhǎng)對(duì)邊上，且中心對(duì)稱；若采用二維結(jié)構(gòu)應(yīng)力檢測(cè)傳感器，一般將其設(shè)置在壓力彈性膜的兩個(gè)對(duì)邊，且中心對(duì)稱。

優(yōu)選的，所述液體的密度大于等于水的密度，增加底部的壓力彈性膜受力大小，使微壓力傳感器更容易檢測(cè)到壓力變化，提高檢測(cè)的靈敏度。

優(yōu)選的，所述襯底為硅片或其他半導(dǎo)體材料。

優(yōu)選的，所述蓋板通過(guò)密封膠或玻璃硅陽(yáng)極鍵合或玻璃硅共熔鍵合方式密封在深槽上方。

優(yōu)選的，所述蓋板的材質(zhì)為硅、玻璃、塑料或金屬等。

優(yōu)選的，所述襯底為圓形或方形結(jié)構(gòu)，當(dāng)然也可以為其他形狀，比如正多邊形等。

優(yōu)選的，所述深槽的橫截面形狀為圓形或正多邊形，所述正多邊形的邊數(shù)優(yōu)選為偶數(shù)。

優(yōu)選的，所述襯底和壓力彈性膜為一體結(jié)構(gòu)，在該一體結(jié)構(gòu)上設(shè)置一豎向有底凹槽，所述凹槽的豎向側(cè)壁圍成的區(qū)域作為深槽，所述凹槽底面橫截面以上部分作為襯底，凹槽底面橫截面以下部分作為壓力彈性膜。

本案的傳感器水平放置時(shí)，液體對(duì)底部的壓力彈性膜產(chǎn)生均勻壓力，兩個(gè)微壓力傳感器輸出信號(hào)相同，當(dāng)傳感器位置傾斜時(shí)，液體對(duì)底部的壓力彈性膜產(chǎn)生的壓力就不均勻，兩個(gè)微壓力傳感器可以檢測(cè)出壓力差，該壓力差值與傾斜角度成正比，通過(guò)一定的標(biāo)定，就可以反映出傳感器所測(cè)系統(tǒng)的傾角。

有益效果：本發(fā)明提供的基于壓力傳感的傾角傳感器，原理明確，可以采用成熟的硅加工工藝進(jìn)行批量的生產(chǎn)制造，成本低，并且容易和電路進(jìn)行集成；微壓力傳感器可以采用壓阻應(yīng)力傳感器檢測(cè)壓力變化，信號(hào)處理簡(jiǎn)單；微壓力傳感器主要用于檢測(cè)應(yīng)力差值，無(wú)溫漂效應(yīng)。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作更進(jìn)一步的說(shuō)明。