CN112484900A - 一种一体式推拉结构石英谐振式压力传感器 - Google Patents
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Abstract
一种一体式推拉结构石英谐振式压力传感器,包括一体式推拉结构元件，一体式推拉结构元件连接有两个石英双端固支音叉，一体式推拉结构元件上部及两个石英双端固支音叉外部连接有上盖帽形成上腔室，真空封装；一体式推拉结构元件下部连接有下盖板形成下腔室，下腔室为PCB安装腔室，普通密封；两个石英双端固支音叉安装于柔性框架的中轴线上，上下左右对称安装；柔性框架与固定框架在中线处固连，上下两处隔离，保证石英双端固支音叉安装的对称性；通过测量两个石英双端固支音叉频率变化，可获得待测压力信息，具有准数字信号输出，高精度，高稳定性等特点。
Description
技术领域
本发明属于微机械电子(MEMS)数字式压力传感器技术领域，具体涉及一种一体式推拉结构石英谐振式压力传感器。
背景技术
在谐振式压力传感器领域，压力传感器除了核心的谐振元件外最主要的就是其压力转换部件，即将待测压力转换传递到谐振元件上的结构件；而压力转换部件通常是一个由多个小结构组成，通过分别加工制造完成后常用焊接、粘接等方式完成装配连接，这导致传感器基体存在残余应力、缝隙以及装配误差，会影响传感器的长期稳定性和精度。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于一种一体式推拉结构石英谐振式压力传感器，具有准数字信号输出，高精度，高稳定性等特点。
为了实现上述目标，本发明采用的技术方案为：
一种一体式推拉结构石英谐振式压力传感器,包括一体式推拉结构元件1，一体式推拉结构元件1连接有两个石英双端固支音叉4，一体式推拉结构元件1上部及两个石英双端固支音叉4外部连接有上盖帽2形成上腔室，真空封装；一体式推拉结构元件1下部连接有下盖板3形成下腔室，下腔室为PCB安装腔室，普通密封；
所述的一体式推拉结构元件1为一体化加工，包括固定框架1b，固定框架1b内部连接有柔性框架1a，柔性框架1a上通过中心块1f连接有两个石英双端固支音叉4，固定框架1b下方设有PCB安装腔室，通过玻璃烧结孔1e烧结金柱完成PCB安装腔室和柔性框架1a上安装的两个石英双端固支音叉4之间的电气连接；PCB安装腔室中部设有待测压力通道1d，待测压力通道1d通过推杆1c和柔性框架1a连接。
两个石英双端固支音叉4安装于柔性框架1a的中轴线上，上下左右对称安装；柔性框架1a与固定框架1b沿轴线上下两部分隔离，只通过中心块1f两侧的结构相连。
所述的柔性框架1a通过中心块1f在第一对准安装槽1a-1和第二对准安装槽1a-2处对称地安装两个石英双端固支音叉(4)，形成差动输出。
所述的石英双端固支音叉4中部的两个叉臂4e表面四周设置有电极，电极之间相互电连接，用以石英音叉起振，在逆压电效应作用下，通交变电压，石英音叉梁处于预设振动模态；在石英双端固支音叉4一端的上面4a设有检测电极，下面4c为安装面；在石英双端固支音叉4另一端的上面4b设有与外部电路连接的焊盘，下面4d为安装面。
本发明的有益效果为：
通过测量两个石英双端固支音叉4频率变化，可获得待测压力信息，不仅可以提高敏感度，还可以抑制温漂等共轭干扰；一体化制造的一体式推拉结构元件1，避免了额外结构的连接、对准和不同材料热不匹配引起的不利干扰；柔性框架1a和固定框架1b采取了隔离措施，保证了石英双端固支音叉4安装环境的对称，且降低了固定框架1b对柔性框架1a的热干扰；测量过程无需数模转换，输出为准数字的压力信号。
附图说明
图1为本发明的总体结构示意图。
图2为本发明的总体结构示意图，图(a)为正面示意图，图(b)为侧面示意图。
图3为本发明一体式推拉结构元件的结构示意图，图(a)为正面示意图，图(b)为侧面示意图。
图4为本发明石英双端固支音叉谐振器的示意图。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本发明进行详细说明。
参照图1、图2，一种一体式推拉结构石英谐振式压力传感器,包括一体式推拉结构元件1，一体式推拉结构元件1连接有两个石英双端固支音叉4，一体式推拉结构元件1上部及两个石英双端固支音叉4外部连接有上盖帽2形成上腔室，真空封装；一体式推拉结构元件1下部连接有下盖板3形成下腔室，下腔室为PCB安装腔室，普通密封，完成封装；
参照图3，所述的一体式推拉结构元件1为一体化加工，固定框架1b，固定框架1b内部连接有柔性框架1a，柔性框架1a上通过中心块1f连接有两个石英双端固支音叉4，固定框架1b下方设有PCB安装腔室，通过玻璃烧结孔1e烧结金柱完成PCB安装腔室和柔性框架1a上安装的两个石英双端固支音叉4之间的电气连接；PCB安装腔室中部设有待测压力通道1d，待测压力通道1d通过推杆1c和柔性框架1a连接。
两个石英双端固支音叉4安装于柔性框架1a的中轴线上，上下左右对称安装；柔性框架1a与固定框架1b沿轴线上下两部分隔离，只通过中心块1f两侧的结构相连。
所述的柔性框架1a通过中心块1f在第一对准安装槽1a-1和第二对准安装槽1a-2处对称地安装两个石英双端固支音叉(4)，形成差动输出。
参照图4，所述的石英双端固支音叉4中部的两个叉臂4e表面四周设置有电极，电极之间相互电连接，用以石英音叉起振，在逆压电效应作用下，通交变电压，石英音叉梁处于预设振动模态；在石英双端固支音叉4一端的上面4a设有检测电极，下面4c为安装面；在石英双端固支音叉4另一端的上面4b设有与外部电路连接的焊盘，下面4d为安装面。
本发明的工作原理是：
测量压力时，待测压力作用于待测压力通道的金属膜上，推动推杆3，使得柔性框架1a沿竖直方向发生位移。此时，分别安装在柔性框架1中轴线上下的两个石英双端固执音叉4，一个受拉一个受压形成差动输出，进而使得石英音叉梁谐振频率发生变化，通过测量频率变化，可获得待测压力信息，不仅可以提高敏感度，还可以抑制温漂等共轭干扰；
参照图1，两个石英双端固支音叉4的逆压电效应被施加的交变电压激励后，按照其预定的固有模态振型振动，当待测压力使得推杆1c沿压力膜法向方向发生位移，推动柔性框架1a中的中心块1f发生变形，导致两个石英双端固支音叉4一个受压力，一个受拉力，两者受力大小相同，其振动频率发生变化，两者的频率差与压力成比例关系，通过测量频率差，进而获得所测压力的大小。
Claims (3)
1.一种一体式推拉结构石英谐振式压力传感器,其特征在于：包括一体式推拉结构元件(1)，一体式推拉结构元件(1)连接有两个石英双端固支音叉(4)，一体式推拉结构元件(1)上部及两个石英双端固支音叉(4)外部连接有上盖帽(2)形成上腔室，真空封装；一体式推拉结构元件(1)下部连接有下盖板(3)形成下腔室，下腔室为PCB安装腔室，普通密封；所述的一体式推拉结构元件(1)为一体化加工，包括固定框架(1b)，固定框架(1b)内部连接有柔性框架(1a)，柔性框架(1a)上通过中心块(1f)连接有两个石英双端固支音叉(4)，固定框架(1b)下方设有PCB安装腔室，通过玻璃烧结孔(1e)烧结金柱完成PCB安装腔室和柔性框架(1a)上安装的两个石英双端固支音叉(4)之间的电气连接；PCB安装腔室中部设有待测压力通道(1d)，待测压力通道(1d)通过推杆(1c)和柔性框架(1a)连接。
2.根据权利要求1所述的一种一体式推拉结构石英谐振式压力传感器,其特征在于：两个石英双端固支音叉(4)安装于柔性框架(1a)的中轴线上，上下左右对称安装；柔性框架(1a)与固定框架(1b)沿轴线上下两部分隔离，只通过中心块(1f)两侧的结构相连。
3.根据权利要求1所述的一种一体式推拉结构石英谐振式压力传感器,其特征在于：所述的柔性框架(1a)通过中心块(1f)在第一对准安装槽(1a-1)和第二对准安装槽(1a-2)处对称地安装两个石英双端固支音叉(4)，形成差动输出。
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