CN115479582A - 一种用于导航的气压高度计 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种用于导航的气压高度计，在敏感振膜的下方固定动基底，动基底和定基底之间产生电容信号，用于高空检测；动基底悬置在压电振膜的上方，通过动基底挤压压电振膜产生压电信号，用于低空检测时。由于压电振膜对敏感振膜形变有阻碍作用，扩大了传感器的测量范围，无需增大敏感振膜的厚度或使用杨氏模量更大的材料，保证了高空检测的灵敏度不受影响。
Description
技术领域
本申请属于导航技术领域，具体涉及一种用于导航的气压高度计。
背景技术
气压传感器通过测量空气的压力换算成高度，常用于室内导航、无人机辅助导航等。电容式气压传感器是基于气压变化造成敏感振膜形变，从而使电容器结构变化来实现气压的测量，然后通过气压与高度的换算，实现高度的测量。但是电容式气压传感器存在灵敏度和测量范围的矛盾关系，在低空测量时，由于外界气压较大，敏感振膜的形变也越大，为了避免敏感振膜的破裂，需要增加敏感振膜的厚度或是使用杨氏模量更大的材料；但是到了高空测量时，外界气压较小，敏感振膜的厚度增加或是杨氏模量的增加又会减小敏感振膜的形变量，降低测量的灵敏度。因此，实有必要提供一种用于导航的气压高度计以解决上述问题。
发明内容
本申请实施例的目的是提供一种用于导航的气压高度计，通过压电薄膜与电容系统结合的方式，其中压电振膜用于低空检测，电容系统用于高空检测，由于压电振膜对敏感振膜形变有阻碍作用，扩大了传感器的测量范围，无需增大敏感振膜的厚度或使用杨氏模量更大的材料，保证了高空检测的灵敏度不受影响。
为了解决上述技术问题，本申请是这样实现的：
一种用于导航的气压高度计，包括：
盆架，围成两端开口的收容空间，所述盆架的两端分别设置有敏感振膜和压电振膜，所述敏感振膜和所述压电振膜分别覆盖所述收容空间的两端开口；
电容系统，安装于所述收容空间内，其包括：
定基底，与所述盆架固定，所述定基底包括圆环外圈、设置于所述圆环外圈内侧的矩形内圈及连接所述圆环外圈和所述矩形内圈的连接臂；
及动基底，其顶端固定于所述敏感振膜的下方，底端悬置于所述压电振膜的上方，所述敏感振膜驱动所述动基底挤压所述压电振膜，产生压电信号；
所述矩形内圈围成供所述动基底移动通过的方孔，所述矩形内圈的四个内侧面分别向所述方孔的中心方向凸出形成有多个第一梳齿电极；所述动基底的四个外侧面分别向外凸出形成有多个第二梳齿电极；所述第一梳齿电极和所述第二梳齿电极交错设置并留有活动间隙，所述第一梳齿电极和所述第二梳齿电极配合产生电容信号；
及基座，固定于所述压电振膜远离所述盆架的一侧，所述基座对应所述压电振膜变形区域的位置设置有避让槽，所述避让槽与所述收容空间连通，并配合形成密闭真空腔。
优选的，在所述动基底的任意一个外侧面上，相邻两个所述第二梳齿电极的间距相等；在所述矩形内圈的任意一个内侧面上，相邻两个所述第一梳齿电极的间距相等。
优选的，所述连接臂的数量为多个，多个所述连接臂沿所述定基底的中轴线呈环形阵列分布，相邻两个所述连接臂之间间隔形成有通孔，所述通孔连通所述收容空间的上下两侧，用于平衡所述收容空间各处的压力。
优选的，所述压电振膜包括位于中间位置的挤压部、间隔设置于所述挤压部外围的固定部及连接所述挤压部和所述固定部的连接部，所述固定部夹设于所述盆架和所述基座之间，所述动基底的下方设置有第一接触柱，所述挤压部上设置有第二接触柱，所述第一接触柱位于所述第二接触柱的正上方，用于挤压所述第二接触柱，产生压电信号。
优选的，多个所述连接部沿所述压电振膜的中轴线呈环形阵列分布，相邻两个所述连接部之间间隔形成有间隙，所述避让槽通过所述间隙与所述收容空间连通。
优选的，所述盆架包括盆架主体及自所述盆架主体底部的内侧向所述收容空间内凸出形成的胶接环，所述圆环外圈打胶固定于所述胶接环上。
优选的，所述动基底通过连接柱固定于所述敏感振膜的中心位置。
在本申请实施例中，通过压电薄膜与电容系统结合的方式，其中压电振膜用于低空气压检测，电容系统用于高空检测，由于压电振膜对敏感振膜形变有阻碍作用，扩大了传感器的测量范围，无需增大敏感振膜的厚度或使用杨氏模量更大的材料，保证了高空检测的灵敏度不受影响。
附图说明
图1是本申请实施例提供的一种用于导航的气压高度计的立体结构示意图；
图2是图1所示的一种用于导航的气压高度计的分解结构示意图；
图3是图1所示的一种用于导航的气压高度计沿A-A线的剖视图；
图4是动基底和定基底的配合示意图；
图5是低空检测时的状态示意图；
图6是高空检测时的状态示意图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
请结合参阅图1-6，本申请实施例提供一种用于导航的气压高度计100，包括盆架10、电容系统20及基座30。
所述盆架10围成两端开口的收容空间，所述盆架10的两端分别设置有敏感振膜40和压电振膜50，所述敏感振膜40和所述压电振膜50分别覆盖所述收容空间的两端开口。
所述盆架10包括盆架主体11及自所述盆架主体11底部的内侧向所述收容空间内凸出形成的胶接环12，所述盆架主体11和所述胶接环12一体加工成型。请参阅图2，从立体图上看，所述盆架10整体呈环状结构，请参阅图3，从截面图上看，所述盆架10的左右两侧均为L形的结构，并且左右两侧对称。
所述电容系统20安装于所述收容空间内，所述电容系统20包括定基底21和动基底22。
所述定基底21与所述盆架10固定，所述定基底21包括圆环外圈211、设置于所述圆环外圈211内侧的矩形内圈212及连接所述圆环外圈211和所述矩形内圈212的连接臂213。
所述圆环外圈211打胶固定于所述胶接环12上，实现所述定基底21与所述盆架10的固定。一方面，所述定基底21整体承载于所述胶接环12的上方，不易脱落；另一方面，所述定基底21整体收容于所述收容空间内，受到所述盆架10的保护，不容易受到外力的冲击，同样不易脱落；再一方面，相比于分体式的盆架，定基底21夹设于两部分分体盆架之间的方式，不存在露设于外界的胶接缝，可以提高盆架10整体的密封性。
所述矩形内圈212围成供所述动基底22移动通过的方孔，所述矩形内圈212的四个内侧面分别向所述方孔的中心方向凸出形成有多个第一梳齿电极214，在任意一个内侧面上，相邻两个所述第一梳齿电极214的间距相等。
所述连接臂213的数量为多个，多个所述连接臂213沿所述定基底21的中轴线呈环形阵列分布，在本实施方式中，所述连接臂213的数量为四个，相邻两个所述连接臂213之间间隔形成有通孔，所述通孔连通所述收容空间的上下两侧，用于平衡所述收容空间各处的压力。
所述动基底22的顶端固定于所述敏感振膜40的下方，底端悬置与所述压电振膜50的上方。所述动基底22为方形的块状结构，其四个外侧面分别向外凸出形成有多个第二梳齿电极221，在任意一个外侧面上，相邻两个所述第二梳齿电极221的间距相等。具体的，所述动基底22通过连接柱222固定于所述敏感振膜40的中心位置。
所述第一梳齿电极214和所述第二梳齿电极221交错设置并留有活动间隙，所述第一梳齿电极214和所述第二梳齿电极221配合产生电容信号，所述第一梳齿电极214和所述第二梳齿电极221上均连接有电路，电路的设置形式采用本领域的常规技术，本实施方式对此不做限制。
所述基座30固定于所述压电振膜50远离所述盆架10的一侧，所述基座30对应所述压电振膜50变形区域的位置设置有避让槽31，所述避让槽31与所述收容空间连通，并配合形成密闭真空腔。
压电振膜50包括位于中间位置的挤压部51、间隔设置于所述挤压部51外围的固定部52及连接所述挤压部51和所述固定部52的连接部53。所述固定部52夹设于所述盆架10和所述基座30之间。所述动基底22的下方设置有第一接触柱223，所述挤压部51上设置有第二接触柱511，所述第一接触柱223位于所述第二接触柱511的正上方，用于挤压所述第二接触柱511，产生压电信号。
多个所述连接部53沿所述压电振膜50的中轴线呈环形阵列分布，相邻两个所述连接部53之间间隔形成有间隙，所述避让槽31通过所述间隙与所述收容空间连通。
请参阅图5，在低空时，外界的气压较大，所述密闭真空腔与外界的压差较大，所述敏感振膜40发生较大形变，所述动基底22向下移动的距离较大，并挤压所述压电振膜50产生压电信号；请参阅图6，在高空时，外界的气压较小，所述密闭真空腔与外界的压差较小，所述敏感振膜40发生较小的形变，所述动基底22向下移动的距离较小，并未接触所述压电振膜50，由所述第一梳齿电极241和所述第二梳齿电极221配合产生电容信号。通过对压电信号和电容信号的分析，可以计算得到当前的外界气压，进而通过气压换算成当前的高度，实现导航过程的高度测量。
低空测量过程中，当所述敏感振膜40的形变量较大时，所述动基底22挤压所述压电振膜50，利用所述压电振膜50的弹性变形可以形成阻尼作用，阻碍所述敏感振膜40的进一步形变，随着外界气压的进一步增加，所述敏感振膜40不会继续产生较大的形变，但是所述动基底22对所述压电振膜50的挤压力会逐渐增加，进而通过压电信号的方式来增加对于高气压一侧的测量范围，无需增加敏感振膜的厚度或使用杨氏模量更大的材料，这样在高空压测量时，仍然能够保持较高的灵敏度。
上面结合附图对本申请的实施例进行了描述，但是本申请并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本申请的启示下，在不脱离本申请宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，均属于本申请的保护之内。
Claims (7)
1.一种用于导航的气压高度计，其特征在于，包括：
盆架，围成两端开口的收容空间，所述盆架的两端分别设置有敏感振膜和压电振膜，所述敏感振膜和所述压电振膜分别覆盖所述收容空间的两端开口；
电容系统，安装于所述收容空间内，其包括：
定基底，与所述盆架固定，所述定基底包括圆环外圈、设置于所述圆环外圈内侧的矩形内圈及连接所述圆环外圈和所述矩形内圈的连接臂；
及动基底，其顶端固定于所述敏感振膜的下方，底端悬置于所述压电振膜的上方，所述敏感振膜驱动所述动基底挤压所述压电振膜，产生压电信号；
所述矩形内圈围成供所述动基底移动通过的方孔，所述矩形内圈的四个内侧面分别向所述方孔的中心方向凸出形成有多个第一梳齿电极；所述动基底的四个外侧面分别向外凸出形成有多个第二梳齿电极；所述第一梳齿电极和所述第二梳齿电极交错设置并留有活动间隙，所述第一梳齿电极和所述第二梳齿电极配合产生电容信号；
及基座，固定于所述压电振膜远离所述盆架的一侧，所述基座对应所述压电振膜变形区域的位置设置有避让槽，所述避让槽与所述收容空间连通，并配合形成密闭真空腔。
2.根据权利要求1所述的用于导航的气压高度计，其特征在于，在所述动基底的任意一个外侧面上，相邻两个所述第二梳齿电极的间距相等；在所述矩形内圈的任意一个内侧面上，相邻两个所述第一梳齿电极的间距相等。
3.根据权利要求1所述的用于导航的气压高度计，其特征在于，所述连接臂的数量为多个，多个所述连接臂沿所述定基底的中轴线呈环形阵列分布，相邻两个所述连接臂之间间隔形成有通孔，所述通孔连通所述收容空间的上下两侧，用于平衡所述收容空间各处的压力。
4.根据权利要求1所述的用于导航的气压高度计，其特征在于，所述压电振膜包括位于中间位置的挤压部、间隔设置于所述挤压部外围的固定部及连接所述挤压部和所述固定部的连接部，所述固定部夹设于所述盆架和所述基座之间，所述动基底的下方设置有第一接触柱，所述挤压部上设置有第二接触柱，所述第一接触柱位于所述第二接触柱的正上方，用于挤压所述第二接触柱，产生压电信号。
5.根据权利要求4所述的用于导航的气压高度计，其特征在于，多个所述连接部沿所述压电振膜的中轴线呈环形阵列分布，相邻两个所述连接部之间间隔形成有间隙，所述避让槽通过所述间隙与所述收容空间连通。
6.根据权利要求1所述的用于导航的气压高度计，其特征在于，所述盆架包括盆架主体及自所述盆架主体底部的内侧向所述收容空间内凸出形成的胶接环，所述圆环外圈打胶固定于所述胶接环上。
7.根据权利要求1所述的用于导航的气压高度计，其特征在于，所述动基底通过连接柱固定于所述敏感振膜的中心位置。
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| CN115479582B (zh) | 2023-02-14 |
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