[發明專利]石英音叉壓力傳感器

在審

• 申請號: 202111433981.5
• 申請日: 2021-11-29
• 公開（公告）號: CN114199418A
• 公開（公告）日: 2022-03-18
• 發明（設計）人: 褚偉航;裴志強;陶碩;劉旭強;張琳琳
• 申請（專利權）人: 北京晨晶電子有限公司
• 主分類號: G01L1/10
• 分類號: G01L1/10
• 代理公司: 北京路浩知識產權代理有限公司 11002
• 代理人: 么立雙

本發明屬于傳感器技術領域，提供一種石英音叉壓力傳感器，包括用于提供真空環境的殼體、設置在殼體內的框架、諧振音叉組件和Q值檢測電極。諧振音叉組件包括音叉主體和音叉驅動裝置，音叉主體與框架為一體結構。外界壓力改變導致殼體內的真空度發生變化，真空度變化導致空氣含量變化，空氣含量變化導致阻尼變化，阻尼變化導致音叉Q值變化，由Q值檢測電極對音叉Q值進行檢測并輸出，根據Q值的變化即可得出壓力的變化。由于Q值對溫度的敏感度低于壓敏電阻的敏感度，并且音叉主體與框架均采用石英材質，且切型相同，熱膨脹系數匹配，因此，溫漂低于壓阻式壓力傳感器。此外，在相同真空度變化范圍內，Q值輸出的靈敏度高于頻率輸出的靈敏度。

技術領域

本發明涉及傳感器技術領域，尤其涉及一種石英音叉壓力傳感器。

背景技術

目前市面上的壓力傳感器包括壓阻式和諧振式。壓阻式壓力傳感器的敏感元件是壓敏電阻，其原理是當外界壓力作用在壓敏電阻上會引起阻值的變化，阻值變化轉化為電壓的變化，通過測試輸出電壓值即可得到外部壓力值。諧振式壓力傳感器的工作原理為利用諧振頻率與壓力的對應關系制備的頻率信號輸出型傳感器。

但是傳統壓阻式壓力傳感器的缺點是溫漂嚴重，頻率輸出型石英壓力傳感器的靈敏度不高，使用場合受限。

發明內容

本發明提供一種石英音叉壓力傳感器，用以解決現有技術中壓阻式壓力傳感器溫漂嚴重，頻率輸出型石英壓力傳感器靈敏度低，使用場合受限的缺陷，實現降低溫度敏感度，且將檢測方式由檢測頻率改變為檢測靈敏度更高的音叉Q值的效果。

本發明提供一種石英音叉壓力傳感器，包括：殼體，所述殼體內為真空環境；框架，所述框架連接在所述殼體的內部；諧振音叉組件，所述諧振音叉組件包括音叉主體和音叉驅動裝置，所述音叉主體與所述框架為一體結構，所述音叉驅動裝置與所述音叉主體連接，用于驅動所述音叉主體振動；Q值檢測電極，所述Q值檢測電極與所述音叉驅動裝置電連接，用于檢測音叉Q值；所述音叉主體與所述框架均為石英材質且切型相同。

根據本發明提供的一種石英音叉壓力傳感器，所述框架包括主框體和貫穿所述主框體的通槽，所述音叉主體位于所述通槽內。

根據本發明提供的一種石英音叉壓力傳感器，所述音叉主體包括：基部，所述基部與所述主框架通過連接梁連接為一體結構，所述連接梁設置在所述主框架位于所述通槽的底部的位置與所述基部的底部之間；兩個叉指，兩個所述叉指平行設置且均設置在所述基部的頂部，兩個所述叉指之間以及兩個所述叉指與所述通槽的內側面之間均留有供所述叉指振動的空間。

根據本發明提供的一種石英音叉壓力傳感器，所述連接梁的寬度為S₁，所述音叉主體的厚度為H，其中H/3≤S₁≤2H/3。

根據本發明提供的一種石英音叉壓力傳感器，所述叉指沿寬度方向的外側面與所述通槽沿寬度方向且靠近所述叉指的內側面之間設置有夾角，且所述叉指遠離所述基部的一端距所述通槽的內側面之間的距離大于所述叉指靠近所述基部的一端距所述通槽的內側面之間的距離。

根據本發明提供的一種石英音叉壓力傳感器，所述叉指的長度為S₂，所述叉指的振動幅值為S₃，所述叉指沿寬度方向的外側面與所述通槽沿寬度方向的內側面之間的夾角為θ，其中θ＝arctan(S₃/S₂)。

根據本發明提供的一種石英音叉壓力傳感器，所述框架還包括兩個蓋板，兩個所述蓋板分別覆蓋在所述通槽沿厚度方向的兩側，所述蓋板與所述通槽對應的一側設置有凹槽。

根據本發明提供的一種石英音叉壓力傳感器，所述叉指靠近所述蓋板的一側與所述蓋板之間的間隙為S₄，其中，5μm≤S₄≤50μm。

根據本發明提供的一種石英音叉壓力傳感器，每個所述蓋板與所述主框體之間設置有至少兩個對準標記。