[發明專利]一種金屬基柔性框架石英差動諧振式壓力傳感器

有效

• 申請號: 202011453884.8
• 申請日: 2020-12-12
• 公開（公告）號: CN112611484B
• 公開（公告）日: 2021-12-28
• 發明（設計）人: 李村;趙玉龍;葛曉慧;張全偉;李波;韓超
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: G01L1/10
• 分類號: G01L1/10;G01L11/00
• 代理公司: 西安智大知識產權代理事務所 61215
• 代理人: 賀建斌

一種金屬基柔性框架石英差動諧振式壓力傳感器，包括一體式金屬壓力差動轉換元件，一體式金屬壓力差動轉換元件上連接有兩個石英雙端固支音叉，一體式金屬壓力差動轉換元件上側及兩個石英雙端固支音叉外側連接有上蓋帽，形成真空密封；一體式金屬壓力差動轉換元件下側連接有下蓋板，下蓋板密封PCB安裝腔室，完成普通氣密；兩個石英雙端固執音叉垂直交叉平行地安裝于柔性框架的左右兩側，柔性框架一端與待測壓力通道一體固接，另一端與固定外框架一體固接；本發明通過測量個石英雙端固執音叉的頻率變化，可獲得待測壓力信息，不僅可以提高敏感度，還可以抑制溫漂等共軛干擾，具有數字信號輸出，精度高，抗干擾能力強等特點。

技術領域

本發明屬于微機械電子(MEMS)數字式壓力傳感器技術領域，具體涉及一種金屬基柔性框架石英差動諧振式壓力傳感器。

背景技術

在諧振式壓力傳感器領域，傳感器結構分為壓力轉換單元和諧振單元；其中壓力轉換單元一般采用壓力敏感薄膜、波紋管等，為了形成差動輸出結構來抑制傳感器所受的共軛干擾，又常引入懸臂梁、柔性杠桿等機械信號傳遞結構，額外的結構需要額外的連接設計，對準精度和連接強度會影響傳感器的整體精度和可靠性，而且若是不同材料的壓力轉換結構又會造成熱不匹配，進一步干擾壓力傳感器的性能。

發明內容

為了克服上述現有技術的缺點，本發明的目的在于一種金屬基柔性框架石英差動諧振式壓力傳感器，具有數字信號輸出，精度高，抗干擾能力強等特點。

為了實現上述目標，本發明采用的技術方案為：

一種金屬基柔性框架石英差動諧振式壓力傳感器，包括一體式金屬壓力差動轉換元件1，一體式金屬壓力差動轉換元件1上連接有兩個石英雙端固支音叉4，一體式金屬壓力差動轉換元件1上側及兩個石英雙端固支音叉4外側連接有上蓋帽2，形成真空密封；一體式金屬壓力差動轉換元件1下側連接有下蓋板3，下蓋板3密封PCB安裝腔室1d，完成普通氣密；

所述的一體式金屬壓力差動轉換元件1為一體化制造，包括固定外框架1b，固定外框架1b上部內側連接有柔性框架1a，柔性框架1a和兩個石英雙端固支音叉4連接，固定外框架1b下部設有待測壓力通道1c和PCB安裝腔室1d，待測壓力通道1c位于中心；通過玻璃燒結金柱1e完成PCB安裝腔室1d和柔性框架1a上安裝的兩個石英諧振器4之間的電氣連接；

兩個石英雙端固執音叉4垂直交叉平行地安裝于柔性框架1a的左右兩側，柔性框架1a一端與待測壓力通道1c一體固接，另一端與固定外框架1b一體固接。

兩個石英雙端固支音叉4垂直交叉平行地安裝于柔性框架1a的左右兩側，即一個石英雙端固支音叉4水平或豎直的安裝在柔性框架的1a-1面，另一個石英雙端固支音叉4垂直交叉的安裝在柔性框架的1a-2面，1a-1面和1a-2面垂直，且柔性框架1a兩面都有對石英諧振音叉水平或豎直安裝的對準安裝槽。

所述的石英雙端固支音叉4中部的兩個叉臂4e表面四周設置有電極，電極之間相互電連接，用以石英音叉起振，在逆壓電效應作用下，通交變電壓，石英音叉梁處于預設振動模態；在石英雙端固支音叉4一端上面4a有檢測電極，下面4c為安裝面；在石英雙端固支音叉4另一端上面4b有與外部電路連接的焊盤，下面4d是安裝面；通電之后能夠按照預定模態振動。

所述的下蓋板3且留有第一外接孔3a和第二外接孔3b，分別引出電源正負極線和兩個石英雙端固支音叉4的信號輸出線。

本發明的有益效果為：

本發明通過測量個石英雙端固執音叉4的頻率變化，可獲得待測壓力信息，不僅可以提高敏感度，還可以抑制溫漂等共軛干擾；一體化制造的一體式金屬壓力差動轉換元件，避免了額外結構的連接、對準和不同材料熱不匹配引起的不利干擾；測量過程無需數模轉換，輸出為準數字的壓力信號。

附圖說明

圖1為本發明的總體結構示意圖。