[發明專利]一種壓電傳感器

在審

• 申請號: 202010423810.3
• 申請日: 2020-05-19
• 公開（公告）號: CN111584709A
• 公開（公告）日: 2020-08-25
• 發明（設計）人: 馬春林;程菊;馮小勤
• 申請（專利權）人: 淮陰師范學院
• 主分類號: H01L41/113
• 分類號: H01L41/113;H01L41/047
• 代理公司: 廣州高炬知識產權代理有限公司 44376
• 代理人: 陳文龍

本發明涉及傳感器技術領域，具體的說是一種壓電傳感器，包括基板、設置于基板上的下部電極、設置于下部電極上的壓電薄膜及設置于壓電薄膜上的上部電極；所述基板包括硅基底板、柔性弧形基底及柔性頂板，所述硅基底板之間設置有輔助槽口，所述輔助槽口兩側邊之間設置有向上拱起的柔性弧形基底，所述柔性弧形基底及柔性頂板所用的材料為聚二甲基硅氧烷；本發明通過改變壓電傳感器的結構以優化對應的諧振頻率和有效質量分布狀態，進而提高壓電傳感器的靈敏度。

技術領域

本發明涉及傳感器技術領域，具體的說是一種壓電傳感器。

背景技術

傳感器作為一種將機械能與電能相互轉換的換能器，現在已經廣泛用于手機、電腦、照相機等消費性電子產品以及工業界、生命健康監測等領域中。傳統的傳感器主要包括電容式和壓電式兩種，電容式傳感器采用雙層膜結構，利用導體間的電容充放電原理，改變導體間的電壓，從而實現機械能到電能的轉換。雖然電容式傳感器具有極為寬廣的頻率響應范圍，能夠快速的瞬時響應等優點，但是電容式傳感器脆弱，怕潮怕摔，需要直流電壓，在實際應用中依然存在較大問題。壓電式微質量傳感器主要通過測量附著在傳感器表面的物質的質量引起的結構諧振頻率變化來檢測物質成分，具有結構簡單、響應快，成本低和精度高的特點，在微生物檢測如細菌和病毒、微小顆粒、氣/液體成分和濃度等方面具有廣泛的應用。

目前壓電傳感器多被制作為均勻厚度的懸臂梁或者隔板結構，如申請號為2014800377487的中國專利公開了一種壓電傳感器，雖然壓電傳感器在穩定性、防水防潮性、結構制備上相對電容式傳感器都具有較大優勢，但是會在壓電性能方面有所下降，導致降低了壓電傳感器的靈敏度，影響傳感器的性能。

為此本公司設計了一種壓電傳感器，通過改變壓電傳感器的結構以優化對應的諧振頻率和有效質量分布狀態，進而提高壓電傳感器的靈敏度。

發明內容

為了彌補現有技術的不足，解決現有壓電傳感器的靈敏度低影響傳感器的性能的問題，本發明提出的一種壓電傳感器。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：一種壓電傳感器，包括基板、設置于基板上的下部電極、設置于下部電極上的壓電薄膜及設置于壓電薄膜上的上部電極；所述基板包括硅基底板、柔性弧形基底及柔性頂板，所述硅基底板之間設置有輔助槽口，所述輔助槽口兩側邊之間設置有向上拱起的柔性弧形基底，所述柔性弧形基底及柔性頂板所用的材料為聚二甲基硅氧烷；所述柔性弧形基底上設置有柔性頂板，所述柔性頂板中部下側面與柔性弧形基底上側面粘合，所述柔性頂板兩端下側面延伸至柔性頂板上表面并與其粘合，所述柔性頂板上表面與下部電極下表面粘合；使用時，當傳感器感應音頻信號時，聲壓作用于上部電極上表面，從而引起上部電極、壓電薄膜、下部電極、柔性頂板及柔性弧形基底的應變形變，由于壓電薄膜的壓電作用，在壓電薄膜表面產生電荷，通過下部電極和上部電極將電信號輸出；壓電薄膜下方采用向上拱起的柔性弧形基底，相比現有的平底基底，柔性弧形基底能夠有更好的撓曲變形，壓電薄膜的應變程度得到加強，從而輸出更強的電信號，提升壓電傳感器的靈敏度。

優選的，所述壓電薄膜多個膜狀壓電體疊層而成的疊層體，所述膜狀壓電體為偏氟乙烯-四氟乙烯系共聚物壓電體；現有的壓電薄膜多為聚偏氟乙烯材料制成，其實際測定的電信號的電壓，存在頻率越小測定電壓越低、頻率越大測定電壓越高的傾向，因此本發明使用偏氟乙烯-四氟乙烯系共聚物來制成壓電薄膜，其相對于聚偏氟乙烯材料具有從超低頻至高頻區域中擁有較大的輸出電信號，因此能夠使得壓電薄膜的輸出電信號的頻率依賴性變小，提高壓電傳感器的靈敏度；另外，其相對于聚偏氟乙烯材料還具有較為理想的柔軟性和沖擊強度，彎曲模量較低，因此能更好的與柔性弧形基底配合來加強應變程度，從而輸出更強的電信號，提升壓電傳感器的靈敏度。