[發明專利]一種抗高過載絕對式諧振微壓傳感器

有效

• 申請號: 202010029370.3
• 申請日: 2020-01-13
• 公開（公告）號: CN111141447B
• 公開（公告）日: 2021-07-16
• 發明（設計）人: 程榮俊;宋鵬程;張何洋;黃強先;張連生
• 申請（專利權）人: 合肥工業大學
• 主分類號: G01L19/06
• 分類號: G01L19/06;G01L7/10
• 代理公司: 合肥市道爾知識產權代理有限公司 34169
• 代理人: 司賀華

本發明公開了一種抗高過載絕對式諧振微壓傳感器，包括上端蓋、中間殼體、下端蓋、氣體通道、微壓傳感器芯片、密封管殼以及用于控制外界氣體通斷的雙波紋膜片、開關導向桿、平衡彈簧等組成的壓力開關。當傳感器所處環境壓力高于芯片測量的安全閾值時，壓力開關閉合，氣體不會作用于微壓傳感器芯片，以此實現高過載保護；當進氣口壓力低于芯片測量的安全閾值時，壓力開關打開，外界氣體通過氣體通道作用于芯片的背腔，引起敏感膜片產生形變，進而引起固支在敏感膜片上方的諧振梁固有頻率變化，通過測量該諧振頻率即可實現微壓測量。本發明較好地解決了傳統MEMS諧振壓力傳感器難以用于絕對微壓測量的技術瓶頸，具有測量靈敏度高、分辨率高等優點。

技術領域

本發明涉及諧振式傳感器技術領域，特別涉及一種抗高過載絕對式諧振微壓傳感器。

背景技術

壓力是工業生產中所需要監測的一個重要物理量。為了獲取準確的壓力數據，測量壓力的各種傳感器具有廣泛的需求。其中，微壓測量是壓力測量中的一個重要分支，特別是航空航天等機載設備對1Kpa以下的絕對微壓測量有重大需求。這就迫切需要精度高、分辨率高、靈敏度高的絕對微壓傳感器。為了提高傳感器的靈敏度，減小傳感器的量程是一種非常重要的手段。然而，對于量程低至1kPa的絕對式微壓傳感器，若傳感器處于大氣環境中時，必將面臨上百倍的壓力過載(標準大氣壓約為100kPa)，因此，對于絕對微壓傳感器來說，需要十分有效的高過載保護。作為一種高精度的傳感器，諧振式傳感器在諸多高精度壓力測量領域具有非常廣泛的應用，但受過載保護等因素制約，這類傳感器在絕對微壓測量場合卻遇到了極大的瓶頸。這是由于諧振壓力傳感器中存在壓力膜和諧振梁等結構，在高過載情況下，若采用常規的過載保護手段，如引入凸臺等結構，則容易造成應力集中，導致傳感器芯片損壞，因此如何有效解決諧振式絕對微壓傳感器的過載保護是一個迫切需要解決的問題。目前尚未發現有量程遠小于一個標準大氣壓的諧振式絕對微壓傳感器的相關報道。

發明內容

為了解決上述現有技術中存在的問題，本發明的目的在于提供一種抗高過載絕對式諧振微壓傳感器，實現高靈敏度微壓測量。

為了達到上述目的，本發明所采用的技術方案是：

一種抗高過載絕對式諧振微壓傳感器，其特征在于：包括上端蓋、緊固圓環、第一波紋膜片、中間殼體、第二波紋膜片、下端蓋、微壓傳感器芯片、開關導向桿、氣體通道、平衡彈簧、吸氣劑；

所述上端蓋包括進氣孔、上端蓋腔室及上端蓋氣體通道；

所述中間殼體包括中間殼體第一腔室、中間殼體第二腔室、中間殼體氣體通道及導向孔；

所述下端蓋包括下端蓋第一腔室、下端蓋第二腔室、下端蓋進氣通道、下端蓋出氣通道及圓錐孔；

所述上端蓋與中間殼體的上端之間連接第一波紋膜片，所述第一波紋膜片將上端蓋腔室與中間殼體第一腔室隔開；所述下端蓋與中間殼體的下端之間連接第二波紋膜片，所述第二波紋膜片將下端蓋第一腔室與中間殼體第二腔室隔開；所述中間殼體第一腔室、中間殼體第二腔室之間通過導向孔連通，所述下端蓋第一腔室與下端蓋第二腔室之間通過圓錐孔連通；

所述上端蓋氣體通道、中間殼體氣體通道、下端蓋進氣通道依次連通構成連接上端蓋腔室與下端蓋第二腔室的氣體通道，所述進氣孔、上端蓋氣體通道分別與上端蓋腔室連通，所述下端蓋進氣通道與下端蓋第二腔室連通，所述下端蓋出氣通道與下端蓋第一腔室連通，所述下端蓋出氣通道貫穿所述下端蓋第一腔室的側壁，所述下端蓋出氣通道外設有中空的密封管殼，所述密封管殼設在所述下端蓋第一腔室的外側壁上，所述密封管殼內部安裝有微壓傳感器芯片，所述微壓傳感器芯片的背腔與所述下端蓋第一腔室相通；

所述開關導向桿的其中一端設有圓錐頭，所述開關導向桿貫穿所述第一波紋膜片、導向孔、第二波紋膜片、圓錐孔，所述開關導向桿分別與第一波紋膜片以及第二波紋膜片連接，且所述開關導向桿帶有所述圓錐頭一端位于所述圓錐孔內；