[實用新型]一種壓電式壓力傳感器

有效

• 申請號: 201320859587.2
• 申請日: 2013-12-24
• 公開（公告）號: CN203719797U
• 公開（公告）日: 2014-07-16
• 發明（設計）人: 譚曉蘭;汪海濤;趙全亮;李佳瑋
• 申請（專利權）人: 北方工業大學
• 主分類號: G01L1/16
• 分類號: G01L1/16
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 王寶筠

技術領域

本實用新型涉及傳感器技術領域，更具體地說，涉及一種壓電式壓力傳感器。

背景技術

傳感器是一種能夠感受被測變化信息，并按照一定規律將變化信息轉化為所需形式輸出信號的器件或裝置。傳感器中，壓力傳感器是最常見的一種，壓力傳感器主要包括：電阻式壓力傳感器、電容式壓力傳感器和壓電式壓力傳感器等。其中，壓電式壓力傳感器以其響應速度快、靈敏度高及能夠實現測量高頻變化力等優點受到廣泛關注，被應用于汽車安全氣囊、防抱死系統及牽引控制系統等安全性能方面的壓電式加速度傳感器，生物醫學測量方面的壓電DNA傳感器，新型掃描力顯微鏡等諸多領域。

壓電式壓力傳感器的工作原理主要是利用了壓電材料的壓電效應。多鐵性材料具有鐵電、壓電、鐵磁、鐵彈等多種性能，可作為壓電材料應用在壓電式壓力傳感器中，這成為目前領域內技術人員的研究熱點之一。

常規采用多鐵性材料制成的壓電式壓力傳感器的基本結構一般包括：基底，該基底包括相對的第一表面和第二表面，第一表面為一完整的面，第二表面為一中間鏤空的面，基底上具有一空腔，空腔的開口朝向第二表面，且空腔的開口被第二表面包圍；位于第一表面上的電極，該電極分為正電極和負電極，正電極和負電極為叉指狀電極；位于電極上的敏感元件，該敏感元件為多鐵性材料形成的壓電薄膜；位于第二表面上的掩蔽層。

應用多鐵性材料的壓電式壓力傳感器制作關鍵點之一是壓電薄膜的制備。目前，制備壓電薄膜的方法主要有：物理沉積方法（如：脈沖激光沉積（Pulsed?Laser?Deposition，簡稱PLD）、磁控濺射（Magnetron?Sputtering，簡稱MS）等）和化學溶液沉積法（Chemical?Solution?Deposition，簡稱CSD）（如：金屬有機沉積（Metal-organic?Deposition，簡稱MOD）、溶膠-凝膠法（Sol-gel）等）。

但是，上述兩種壓電薄膜的制備方法的工藝過程均十分復雜，制備時所需的工藝溫度、極化電壓等條件都需要嚴格的控制，造成應用多鐵性材料的壓電式壓力傳感器的制作方法復雜，生產效率低。

實用新型內容

本實用新型提供了一種壓電式壓力傳感器，以簡化應用多鐵性材料的壓電式壓力傳感器的制作方法，提高生產效率。

為實現上述目的，本實用新型提供了如下技術方案：

一種壓電式壓力傳感器，包括：基底、電極、敏感元件和掩蔽層，其中，所述敏感元件位于所述電極背離所述基底的一面上，所述敏感元件包括靜電紡絲工藝形成的多條壓電纖維，所述多條壓電纖維與所述電極電性接觸。

優選的，所述壓電纖維為多鐵性納米結構壓電纖維。

優選的，所述多條壓電纖維的直徑的范圍為0.1μm～1μm，包括端點值。

優選的，所述多條壓電纖維位于所述電極的指部區域。

優選的，所述多條壓電纖維平行排列。

優選的，所述多條壓電纖維與所述電極的指部所呈的角度為90度。

優選的，所述多條壓電纖維均勻分布。

優選的，所述基底的空腔為梯臺形空腔。

優選的，所述掩蔽層的厚度范圍為0.1μm～0.3μm，包括端點值。

優選的，所述電極的厚度范圍為0.1μm～0.3μm，包括端點值。

與現有技術相比，本實用新型所提供的技術方案至少具有以下優點：

本實用新型所提供的壓電式壓力傳感器，其敏感元件不同于現有技術中薄膜形式的敏感元件，為靜電紡絲工藝形成的壓電纖維。當外界有壓力施加到傳感器基底的空腔開口處時，空腔部分形成彈性膜片，產生應變和應力，進而正、負電極隨之發生形變，引起壓電纖維彎曲，產生壓電效應，從而可通過測量正、負電極間的電壓得到壓力的大小。由于本實用新型中制作壓電纖維采用靜電紡絲工藝，該工藝本身的原理決定了制作壓電纖維時操作簡單，且可以在室溫下進行，沒有工藝溫度、極化電壓等嚴格的工藝條件要求，而現有技術中壓電式壓力傳感器的敏感元件為壓電薄膜，制作壓電薄膜需采用工藝過程復雜、工藝條件嚴格的物理沉積方法或化學溶液沉積方法，相比之下，本實用新型所提供的壓電式壓力傳感器的制作方法簡單，生產效率較高。

并且，由于壓電式壓力傳感器敏感元件的靈敏度與每單位質量敏感元件的表面積成正比，單位質量的靜電紡絲工藝制備的壓電纖維比壓電薄膜的表面積大得多，因此本實用新型中的壓電式壓力傳感器具有更高的靈敏度。

附圖說明