[發明專利]一種適用于爆炸場下的壓阻式壓力傳感器及其制備方法

在審

• 申請號: 202111578905.3
• 申請日: 2021-12-22
• 公開（公告）號: CN114441069A
• 公開（公告）日: 2022-05-06
• 發明（設計）人: 康昊;嚴家佳;陳君;張俊鋒;何性順;王丹;葉希洋;姬建榮;蘇健軍
• 申請（專利權）人: 西安近代化學研究所
• 主分類號: G01L1/18
• 分類號: G01L1/18;G01L5/14
• 代理公司: 西安恒泰知識產權代理事務所 61216
• 代理人: 史玫

本發明公開了一種適用于爆炸場下的壓阻式壓力傳感器及其制備方法，所公開的傳感器自下而上包括三個膜片結構，第三膜片上具有通氣孔和焊盤；第一和二膜片上印刷有厚膜電阻與導線，形成全橋惠斯通電橋；第三膜片可以濾除環境中傳感器諧振頻率附近的壓力信號，避免敏感膜片發生共振，實現了對敏感膜片的保護；第二膜片用于敏感待測壓力，壓力作用于膜片時，膜片發生變形，厚膜電阻受應力作用，最終使得惠斯通電橋的輸出信號發生變化；第一膜片用于補償由振動寄生信號導致的輸出信號，該膜片僅受振動作用，敏感膜片的輸出信號減去該膜片的輸出信號即可消除環境振動對傳感器的影響。

技術領域

本發明涉及壓力傳感器技術領域，具體為一種適用于爆炸場下的壓阻式壓力傳感器。

背景技術

壓阻式壓力傳感器壓是一種基于壓阻效應的壓力傳感器，壓阻式傳感器具有靈敏度高、體積小、頻率響應高的優點。由于壓阻式壓力傳感器采用惠斯通全橋的檢測模式，因此它具有從零頻開始的優良低頻響應特性，由于輸出為電壓信號，所以后續信號處理電路簡單方便，并且抗干擾能力強、信噪比高。

但是，目前的壓阻式壓力傳感器很少用于振動惡劣環境下。當待測壓力信號與敏感膜片的諧振頻率接近時，敏感膜片會發生共振，由于壓阻式壓力傳感器的無阻尼特性，敏感膜片會產生極大的位移，導致膜片破裂。在一些極為惡劣的測試環境下，如爆炸場壓力的測量，爆炸產生的振動也會作用于敏感膜片，產生的寄生輸出信號將會與壓力產生的信號疊加在一起，并且爆炸產生的破片、顆粒等物體也極易導致敏感膜片的破裂。

發明內容

針對現有技術的缺陷與不足，本發明提供了一種適用于爆炸場下的壓阻式壓力傳感器。

為此，本發明提供的壓阻式壓力傳感器包括由多層LTCC瓷片制成的傳感器本體，其特征在于，該傳感器本體內設有第一空腔、第一膜片、第二空腔、第二膜片和第三空腔，且沿傳感器本體底部至頂部依次為基底、第一空腔、第一膜片、第二空腔、第二膜片、第三空腔和第三膜片，所述第一空腔和第二空腔的內部空間與外界隔絕，且所述第一空腔和第二空腔內部形狀及尺寸大小相同，所述第三膜片上設有多個與第三空腔相通的氣孔，所述第三膜片上表面設有焊盤，所述第一空腔內頂面設有第一惠斯通電橋，所述第二空腔內頂面設有第二惠斯通電橋，所述第一惠斯通電橋中電阻的阻值與第二惠斯通電橋中單個電阻的阻值相同；

所述傳感器本體內還設有連接第一惠斯通電橋和焊盤及連接第二惠斯通電橋和焊盤的通孔，該通孔內置有導電材料用于實現第一惠斯通電橋和焊盤的電連接及第二惠斯通電橋和焊盤的電連接。

優選的，所述第一惠斯通電橋由四個阻值相同的厚膜電阻和金屬導線連接而成，且四個厚膜電阻位于第一空腔內頂面的邊緣部位；所述第二惠斯通電橋由四個阻值相同的厚膜電阻和金屬導線連接而成，且四個厚膜電阻位于第二空腔內頂面的邊緣部位。

可選的，所述導電材料為導電銀漿。

可選的，所述第一空腔和第二空腔均為長方體形或立方體形，且所述第一空腔內的長、寬、高分別與第二空腔內的長、寬、高相同。

有些方案中，所述第三空腔內的容積及所開設氣孔的個數根據所要濾除的諧振頻率確定，所述濾除的諧振頻率低于500kHz并且高于100kHz以上。

進一步，所述第一膜片、第二膜片和第三膜片各自的邊長與厚度之比滿足5-80：1。

一些方案中，所述多層LTCC瓷片制成的傳感器本體由底部至頂部依次由LTCC基底、第一LTCC瓷片、第二LTCC瓷片、第三LTCC瓷片、第四LTCC瓷片、第五LTCC瓷片和第六LTCC瓷片制成；

所述第一空腔開設在第一LTCC瓷片上，所述第二空腔開設在第三LTCC瓷片上，所述第三空腔開設在第五LTCC瓷片上，所述氣孔開設在第六LTCC瓷片上；