[發明專利]振動傳感器及其制備方法

有效

• 申請號: 201911126176.0
• 申請日: 2019-11-18
• 公開（公告）號: CN110849468B
• 公開（公告）日: 2021-09-21
• 發明（設計）人: 尤政;阮勇;趙嘉昊;宋志強
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: G01H11/08
• 分類號: G01H11/08
• 代理公司: 北京華進京聯知識產權代理有限公司 11606
• 代理人: 魏朋

本申請涉及一種振動傳感器及其制備方法。上述振動傳感器，包括基座和與所述基座的一端鍵合連接的懸臂梁結構以及壓電結構。所述懸臂梁結構遠離所述鍵合連接處的一端為振動部。所述壓電結構包括依次重疊設置的第一電極層、壓電層、種子層以及第二電極層。所述第二電極層設置于所述懸臂梁結構。所述振動傳感器的懸臂梁結構采用一體化結構，并且所述壓電結構包括種子層，可以提高壓電層的質量從而提高壓電性能，以適用于對燃氣輪機、發動機、核反應堆等高溫惡劣環境下的振動實時監測。

技術領域

本申請涉及微機電系統技術領域，特別是涉及一種振動傳感器及其制備方法。

背景技術

隨著工業現代化的迅速推進，航空發動機、鑄造高爐和燃氣輪機等大型設備的工作溫度一般在600-1500℃，甚至更高。在這種情況下，無論是對其運行過程中各種參數的實時監測，還是相關工作性能數據的精確獲取，有著迫切的需求，同樣面臨著嚴峻的挑戰：1、耐高溫材料；2、材料的成型加工技術；3、傳感器的小型化能夠與現有燃氣輪機兼容；4、傳感器的結構設計。

在高溫壓電傳感器件方面，中國專利文獻CN1763548A公開了一種可承受480℃高溫的差分壓電加速度計，但是，它的結構復雜，在持久劇烈振動情況下很難保證器件能夠正常工作，而且無法適用于燃氣輪機內部這種極端高溫惡劣環境；振動傳感器的穩定性、安全性、可靠性都存在問題。

中國專利文獻CN106768289B公開的振動傳感器采用的設計是首先將陶瓷棒固定在底座上，然后依次套放在陶瓷棒上的多片壓電晶片、金屬塊、絕緣片、穿有高溫引線的預緊件，兩路電極線，放置在壓電晶片之間，這種設計導致整個器件尺寸較大，放置在燃氣輪機這種精密機械對性能有一定的影響，而且安裝十分不便。

綜合目前常見的振動傳感器雖然利用能夠耐受高溫壓電晶體也能實現振動的檢測，但是由于該類型的振動傳感器的由于體積龐大，已經設計定型的燃氣輪機和發動機內部無法兼容該類型的傳感器。現階段的微機電系統振動傳感器能夠滿足基本的測振需求，但受制于硅基材料等因素，當溫度達到150℃時，無法正常工作，甚至可能完全失效。綜上所述，目前研制的高溫振動傳感器，由于體積和材料的原因，并不適用于對燃氣輪機、發動機、核反應堆等高溫惡劣環境下的振動實時監測。

發明內容

基于此，本申請提供一種振動傳感器及其制備方法，以適用于對燃氣輪機、發動機、核反應堆等高溫惡劣環境下的振動實時監測。

一種振動傳感器，包括：

基座；

懸臂梁結構，與所述基座的一端鍵合連接以形成鍵合連接處，所述懸臂梁結構遠離所述鍵合連接處的一端為振動部；以及

壓電結構，設置于所述懸臂梁結構，所述壓電結構包括壓電感應部，所述壓電感應部與所述振動部間隔設置，所述壓電感應部包括依次重疊設置的第一電極層、壓電層、種子層以及第二電極層，所述第二電極層與所述懸臂梁結構直接接觸。

在其中一個實施例中，所述壓電結構還包括：

第一電極引線部，設置于所述懸臂梁結構，并與所述壓電感應部電連接；以及

第二電極引線部，與所述第一電極引線部間隔設置于所述懸臂梁結構，并與所述壓電感應部電連接。

在其中一個實施例中，所述第一電極引線部和所述第二電極引線部均靠近所述鍵合連接處設置。

在其中一個實施例中，所述第一電極引線部包括依次重疊設置的第一電極層和壓電層，所述第二電極引線部包括依次重疊設置的種子層以及第二電極層。

在其中一個實施例中，所述基座和所述懸臂梁結構的材料均為碳化硅，所述壓電層的材料為氮化鋁。

在其中一個實施例中，所述懸臂梁結構為正方體、長方體或梯形體，所述懸臂梁結構的厚度為5μm-50μm。