CN107246928B - 一种利用电磁原理的压力传感器及其工作方法 - Google Patents

一种利用电磁原理的压力传感器及其工作方法 Download PDF

Info

Publication number
CN107246928B
CN107246928B CN201710406457.6A CN201710406457A CN107246928B CN 107246928 B CN107246928 B CN 107246928B CN 201710406457 A CN201710406457 A CN 201710406457A CN 107246928 B CN107246928 B CN 107246928B
Authority
CN
China
Prior art keywords
wire coil
cantilever beam
film
substrate
pressure sensor
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201710406457.6A
Other languages
English (en)
Other versions
CN107246928A (zh
Inventor
聂萌
夏云汉
杨恒山
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Southeast University
Original Assignee
Southeast University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Southeast University filed Critical Southeast University
Priority to CN201710406457.6A priority Critical patent/CN107246928B/zh
Publication of CN107246928A publication Critical patent/CN107246928A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN107246928B publication Critical patent/CN107246928B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L1/00—Measuring force or stress, in general
    • G01L1/12—Measuring force or stress, in general by measuring variations in the magnetic properties of materials resulting from the application of stress
    • G01L1/122—Measuring force or stress, in general by measuring variations in the magnetic properties of materials resulting from the application of stress by using permanent magnets
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L9/00—Measuring steady of quasi-steady pressure of fluid or fluent solid material by electric or magnetic pressure-sensitive elements; Transmitting or indicating the displacement of mechanical pressure-sensitive elements, used to measure the steady or quasi-steady pressure of a fluid or fluent solid material, by electric or magnetic means
    • G01L9/16—Measuring steady of quasi-steady pressure of fluid or fluent solid material by electric or magnetic pressure-sensitive elements; Transmitting or indicating the displacement of mechanical pressure-sensitive elements, used to measure the steady or quasi-steady pressure of a fluid or fluent solid material, by electric or magnetic means by making use of variations in the magnetic properties of material resulting from the application of stress

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Measuring Fluid Pressure (AREA)

Abstract

本发明公开了一种压力传感器，包括衬底、薄膜、永磁体、金属线圈和导体悬臂梁，永磁体固定连接在衬底的底面，衬底的上部设有空腔，薄膜生长在衬底的顶面，且薄膜覆盖在空腔的上方；金属线圈固定连接在薄膜的顶面，导体悬臂梁固定连接在衬底的顶面，且导体悬臂梁位于金属线圈上方。该压力传感器结构简单，且利用电磁原理实现压力测量，过程简单。同时，本发明还提供压力传感器的工作方法，易于实现。

Description

一种利用电磁原理的压力传感器及其工作方法
技术领域
本发明涉及一种压力传感器，具体来说，涉及了一种利用电磁原理的压力传感器及其工作方法。
背景技术
在利用硅微加工技术实现的产品中，压力传感器是发展最早的一类。传统的压力传感器有压阻式，电容式，谐振式等，根据特点可应用于不同场合。在可利用电磁量测量的场合，尚没有一种压力传感器能够快速测量压力。
技术问题：本发明需要解决的技术问题是，提供一种利用电磁原理的压力传感器及其工作方法，适合电磁量测量的场合，只需要直接测量感应电流输出信号即可监测压力变化；且测试结构简单，响应速度快，测试方法便捷。
技术方案：为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
一种利用电磁原理的压力传感器，该压力传感器包括衬底、薄膜、永磁体、金属线圈和导体悬臂梁，永磁体固定连接在衬底的底面，衬底的上部设有空腔，薄膜生长在衬底的顶面，且薄膜覆盖在空腔的上方；金属线圈固定连接在薄膜的顶面，导体悬臂梁固定连接在衬底的顶面，且导体悬臂梁位于金属线圈上方。
作为优选例，所述的导体悬臂梁包括连接部和水平部，连接部一端与水平部固定连接，连接部另一端与衬底顶面固定连接，水平部位于金属线圈正上方。
作为优选例，所述金属线圈位于空腔的正上方。
本发明实施例还提供一种压力传感器的工作方法，该方法包括：薄膜随外界压力施加在传感器表面而发生弯曲，导体悬臂梁与金属线圈之间的距离发生改变；金属线圈位置发生位移，使得金属线圈周围磁场发生变化，导体悬臂梁产生感应电流；根据所述感应电流获取外界压力。
有益效果：与现有技术相比，本发明实施例具有以下有益效果：本发明实施例的压力传感器结构简单，包括衬底、薄膜、永磁体、金属线圈和导体悬臂梁；金属线圈固定连接在薄膜的顶面，导体悬臂梁固定连接在衬底的顶面，且导体悬臂梁位于金属线圈上方。本发明实施例的压力传感器适合进行电磁量测量的场合，且使用便利。当外界压力施加在传感器表面时，薄膜随发生弯曲，金属线圈位置发生位移，使得金属线圈周围磁场发生变化，导体悬臂梁产生感应电流；根据所述感应电流获取外界压力。
附图说明
图1是本发明实施例的结构示意图；
图2是本发明实施例中线圈的俯视图。
图中有：衬底1、空腔101、薄膜2、永磁体3、金属线圈4、导体悬臂梁5。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明实施例的技术方案进行详细的说明。
如图1和图2所示，本发明实施例的一种利用电磁原理的压力传感器，包括衬底1、薄膜2、永磁体3、金属线圈4和导体悬臂梁5。永磁体3固定连接在衬底1的底面，衬底1的上部设有空腔101，薄膜2生长在衬底1的顶面，且薄膜2覆盖在空腔101的上方。金属线圈4固定连接在薄膜2的顶面，导体悬臂梁5固定连接在衬底1的顶面，且导体悬臂梁5位于金属线圈4上方。
上述实施例的压力传感器，结构简单。压力传感器包括衬底1、薄膜2、永磁体3、金属线圈4和导体悬臂梁5。在工作时，当外界压力施加在传感器表面时，薄膜2发生弯曲，金属线圈4位置随薄膜2发生位移。这样，导体悬臂梁5与金属线圈4之间的距离发生改变。金属线圈4位置发生位移，使得金属线圈4周围磁场发生变化，导体悬臂梁5产生感应电流。根据所述感应电流获取外界压力。
在设计上述实施例的压力传感器时，预先设定导体悬臂梁5的感应电流和外界压力之间的关系。例如，如表1所示，建立感应电流和外界压力之间的对应关系。当得知感应电流时，通过表1获取对应的外界压力。这样，能够快速获知外界压力值。
表1
悬臂梁上的感应电流大小I 外界压力P
I1 P1
I2 P2
… …
上述实施例中，导体悬臂梁5的结构可以有多种。作为优选，所述的导体悬臂梁5包括连接部和水平部，连接部一端与水平部固定连接，连接部另一端与衬底1顶面固定连接，水平部位于金属线圈4正上方。在传感器工作过程中，导体悬臂梁5的位置不会发生变化。当金属线圈4位置发生位移，使得金属线圈4周围磁场发生变化，导体悬臂梁5产生感应电流。当外界压力不同时，导体悬臂梁5中产生的感应电流大小也不同。
作为优选，所述金属线圈4位于空腔101的正上方。当外界压力施加在空腔101正上方的薄膜2上时，薄膜2发生形变。当金属线圈4位于空腔101的正上方时，其位移量最大，能够更加精准的测量外界压力。
上述实施例的压力传感器工作时，当外界压力P施加在传感器表面时，空腔上方可动薄膜2发生弯曲，导体悬臂梁5与金属线圈4之间的间距g0会发生改变。由于永磁体3位置不变，金属线圈4位置发生了位移，导致金属线圈4周围的磁场发生了变化。根据电磁感应原理，导体悬臂梁5会产生出感应电流I通过。由于感应电流大小I与g0之间是一一对应的关系，所以感应电流I与外界压力P之间是一一对应的关系。当获得感应电流I时，通过上述表1可以获知外界压力。
上述实施例的压力传感器采用衬底上的薄膜2作为压力敏感膜。同时在结构设计上为了合理利用电磁感应的原理，该压力传感器还设计了金属线圈4，并在衬底下方放置了永磁体3提供磁场，以便把压力量转化为电磁量进行测量。
本发明实施例由于设置永磁体，在磁场中的导体悬臂梁5会产生感应电流，感应电流的大小与导体悬臂梁5和金属线圈4的间距有关。该间距由压力控制，由此实现利用电磁原理对压力进行测量。这种测量方式可以把对于压力的测量转换为对电流的测量，操作方便，适合各种方便测量电流的场合。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本领域的技术人员应该了解，本发明不受上述具体实施例的限制，上述具体实施例和说明书中的描述只是为了进一步说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护的范围由权利要求书及其等效物界定。

Claims (4)

1.一种利用电磁原理的压力传感器，其特征在于，该压力传感器包括衬底(1)、薄膜(2)、永磁体(3)、金属线圈(4)和导体悬臂梁(5)，永磁体(3)固定连接在衬底(1)的底面，衬底(1)的上部设有空腔(101)，薄膜(2)生长在衬底(1)的顶面，且薄膜(2)覆盖在空腔(101)的上方；金属线圈(4)固定连接在薄膜(2)的顶面，导体悬臂梁(5)固定连接在衬底(1)的顶面，且导体悬臂梁(5)位于金属线圈(4)上方；
在工作时，当外界压力施加在传感器表面时，薄膜(2)发生弯曲，金属线圈(4)位置随薄膜(2)发生位移，导体悬臂梁(5)与金属线圈(4)之间的距离发生改变；金属线圈(4)位置发生位移，使得金属线圈(4)周围磁场发生变化，导体悬臂梁(5)产生感应电流；根据所述感应电流获取外界压力。
2.按照权利要求1所述的利用电磁原理的压力传感器，其特征在于，所述的导体悬臂梁(5)包括连接部和水平部，连接部一端与水平部固定连接，连接部另一端与衬底(1)顶面固定连接，水平部位于金属线圈(4)正上方。
3.按照权利要求1所述的利用电磁原理的压力传感器，其特征在于，所述金属线圈(4)位于空腔(101)的正上方。
4.一种权利要求1所述的压力传感器的工作方法，其特征在于，该方法包括：
薄膜(2)随外界压力施加在传感器表面而发生弯曲，导体悬臂梁(5)与金属线圈(4)之间的距离发生改变；金属线圈(4)位置发生位移，使得金属线圈(4)周围磁场发生变化，导体悬臂梁(5)产生感应电流；根据所述感应电流获取外界压力。
CN201710406457.6A 2017-06-01 2017-06-01 一种利用电磁原理的压力传感器及其工作方法 Active CN107246928B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710406457.6A CN107246928B (zh) 2017-06-01 2017-06-01 一种利用电磁原理的压力传感器及其工作方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710406457.6A CN107246928B (zh) 2017-06-01 2017-06-01 一种利用电磁原理的压力传感器及其工作方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN107246928A CN107246928A (zh) 2017-10-13
CN107246928B true CN107246928B (zh) 2019-10-11

Family

ID=60018497

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201710406457.6A Active CN107246928B (zh) 2017-06-01 2017-06-01 一种利用电磁原理的压力传感器及其工作方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN107246928B (zh)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108007632A (zh) * 2017-11-23 2018-05-08 蚌埠市勇创机械电子有限公司 一种磁电感应压力传感器
CN114486006A (zh) * 2022-02-18 2022-05-13 重庆师范大学 一种适用于机器人手的触觉柔性传感器及其制备方法

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102313617B (zh) * 2011-07-12 2013-10-30 东南大学 一种微电子压力传感器及其制备工艺
JP2014211405A (ja) * 2013-04-22 2014-11-13 セイコーエプソン株式会社 Ｍｅｍｓ圧力センサー、電子デバイス、高度計、電子機器および移動体
CN204575227U (zh) * 2015-03-09 2015-08-19 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 一种电感式应力传感器

Also Published As

Publication number Publication date
CN107246928A (zh) 2017-10-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN104569875B (zh) 一种可控应力条件下的硅钢片二维磁特性测量系统及其测量方法
CN104122516B (zh) 一种电工钢片磁致伸缩测量系统及方法
CN107246928B (zh) 一种利用电磁原理的压力传感器及其工作方法
CN104897099A (zh) 一种用于微形貌检测的测量力可控的触针式位移传感器
TW201120468A (en) A device for measuring alternating current magnetic permeability and method of measuring the same
CN104458066A (zh) 开关式电磁铁动态吸力测试系统
CN103017943A (zh) 双量程式压力传感机构
CN101876528A (zh) 一种基于电磁传感器的金属膜厚测量装置与方法
WO2013127311A1 (zh) 一种平面电机动子位移的测量方法
CN105258784A (zh) 一种自动脉冲激励模态参数识别方法及装置
CN104062610A (zh) 磁致伸缩材料的磁特性测试装置及检测方法
CN106125019B (zh) 霍尔传感器磁通量测试结构
CN103954305B (zh) 一种带有柔性杠杆的mems谐振式电荷传感器及其方法
CN107036739A (zh) 一种利用压电原理测量压力的压力传感器及其工作方法
CN105334268A (zh) 超声疲劳试验振动位移监测装置
CN103323354A (zh) 一种高精度动态加载疲劳试验装置
CN108917587B (zh) 一种基于惠斯通全桥原理的电阻应变式曲率传感器
CN104776791B (zh) 一种位移传感器和测量位移的方法
CN108051316A (zh) 电磁场诱发铁磁性材料动态弯曲疲劳测试装置及方法
CN203275217U (zh) 一种高精度动态加载疲劳试验装置
CN108152556B (zh) 被动激励自供电无线非接触电流传感测量装置及测量方法
CN203274976U (zh) 一种实时测量压力机打击力的装置
CN202939207U (zh) 一种基于光学读出的微机电电流传感装置
CN206369747U (zh) 一种宽频响的压电式加速度传感器
CN101699225B (zh) 一种涡街流量传感测量方法及专用传感器

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant