CN115560803A - 组合传感器及便携式可穿戴设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种组合传感器及便携式可穿戴设备，组合传感器包括检测传感器、压力传感器、防水透气膜、壳体和与壳体连接的外壳，壳体形成有容纳腔和过气孔，容纳腔内设置有检测传感器，外壳内设置有分隔件，分隔件将外壳内腔分隔为相互隔离的第一容纳腔和第二容纳腔，过气孔连通第一空腔和容纳腔，第一空腔形成有与外界连通的第一开口，第二空腔形成有与外界连通的第二开口，防水透气膜设置为用于防止外界的水从第一开口进入容纳腔；设置于第二空腔内的至少部分压力传感器被防水胶层包裹以与外界隔离。该组合传感器将水深、气压和声学信号检测集成为一体，增加了组合传感器的功能，实现了组合传感器防水结构的封装，简化了主机的防水模块。

Description

组合传感器及便携式可穿戴设备

技术领域

本发明涉及组合传感器技术领域，尤其涉及一种组合传感器及便携式可穿戴设备。

背景技术

随着便携式可穿戴设备市场的发展，对可穿戴设备的功能需求越来越多，如现在的可穿戴设备配置有水深测量功能、海拔测量和语音通话功能。现有市场标准要求便携式可穿戴设备具有100m防水等级，这就增加了整机结构设计的难度。目前市场上有单个传感器设置防水结构的方案，也有两种传感器组合的方案，如麦克风和气压计组合的传感器方案及气压计和水深传感器的组合传感器方案。但随着对组合传感器多功能需求的增大，现有的组合传感器并不能满足需求，并且为每个传感器单独设置防水结构造成结构复杂、制作成本高。

鉴于此，有必要提供一种新的组合传感器及便携式可穿戴设备，以解决或至少缓解上述技术缺陷。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种组合传感器及便携式可穿戴设备，旨在解决现有技术中带防水结构的组合传感器功能少，单独设置防水结构造成结构复杂、制作成本高的技术问题。

为实现上述目的，根据本发明的一个方面，本发明提供一种组合传感器，包括检测传感器、压力传感器、防水透气膜、壳体和与所述壳体连接的外壳，所述壳体形成有容纳腔和过气孔，所述容纳腔内设置有所述检测传感器；所述外壳内设置有分隔件，所述分隔件将所述外壳内腔分隔为相互隔离的第一容纳腔和第二容纳腔，所述过气孔连通所述第一空腔和所述容纳腔，所述第一空腔形成有与外界连通的第一开口，所述第二空腔形成有与外界连通的第二开口，所述防水透气膜设置为用于防止外界的水从所述第一开口进入所述容纳腔；所述压力传感器至少部分设置于所述第二空腔内，设置于所述第二空腔内的至少部分所述压力传感器被防水胶层包裹以与外界隔离。

在一实施例中，所述防水胶层为弹性胶层，所述防水胶层能够传递水压或气压信号以被所述压力传感器检测。

在一实施例中，所述压力传感器包括信号连接的压力MEMS芯片和压力ASIC芯片，所述压力MEMS芯片设置于所述第二空腔内，所述压力MEMS芯片被所述防水胶层包裹以与外界隔离，所述压力ASIC芯片设置于所述容纳腔内。

在一实施例中，所述压力传感器包括集成信号接收处理芯片，所述集成信号接收处理芯片位于所述第二空腔内，所述集成信号接收处理芯片被所述防水胶层包裹以与外界隔离。

在一实施例中，所述压力传感器包括信号连接的压力MEMS芯片和压力ASIC芯片，所述ASIC芯片安装于所述壳体面向所述第二空腔的一侧，所述压力MEMS芯片设置于所述压力ASIC芯片背离所述壳体的一侧，所述压力MEMS芯片和所述压力ASIC芯片均被所述防水胶层包裹以与外界隔离。

在一实施例中，所述壳体包括基板，所述检测传感器包括分别安装于所述基板的检测MEMS芯片和所述检测ASIC芯片，所述压力ASIC芯片安装于所述基板，所述压力MEMS芯片、所述压力ASIC芯片和所述检测ASIC芯片呈堆叠设置。

在一实施例中，所述检测传感器包括声学传感器、湿度传感器或温度传感器中的至少一种。

在一实施例中，所述检测传感器为声学传感器，所述声学传感器包括信号连接的麦克风MEMS芯片和麦克风ASIC芯片，所述过气孔为声孔，所述麦克风MEMS芯片面对所述声孔设置。

在一实施例中，所述防水透气膜设置于所述第一开口，或所述过气孔面向所述第一空腔的一侧。

在一实施例中，所述防水透气膜设置于所述过气孔，所述防水透气膜包括膜体和连接于所述壳体背离所述容纳腔一侧的基材，所述膜体与所述基材密封连接，且所述膜体与所述过气孔间隔设置。

在一实施例中，所述壳体为陶瓷管壳。

根据本发明的另一方面，本发明还提供一种便携式可穿戴设备，所述便携式可穿戴设备包括主机和上述所述的组合传感器，所述外壳与所述主机连接。

上述方案中，组合传感器包括检测传感器、压力传感器、防水透气膜、壳体和与壳体连接的外壳，壳体形成有容纳腔和过气孔，容纳腔内设置有检测传感器，外壳内设置有分隔件，分隔件将外壳内腔分隔为相互隔离的第一容纳腔和第二容纳腔，过气孔连通第一空腔和容纳腔，第一空腔形成有与外界连通的第一开口，第二空腔形成有与外界连通的第二开口，防水透气膜设置为用于防止外界的水从第一开口进入容纳腔；压力传感器至少部分设置于第二空腔内，设置于第二空腔内的至少部分压力传感器被防水胶层包裹以与外界隔离。具体地，外壳的内腔被分隔件分别为两个相互隔离的第一空腔和第二空腔，外壳的开口分隔件分隔为第一开口和第二开口，第一空腔形成有第一开口，第二空腔带有第二开口，防水透气膜不能使水分子通过，但可以使气流和声音通过，从第一开口进入的空气经过防水透气膜后最终进入容纳腔被检测传感器感应检测，检测传感器包括声学传感器、湿度传感器、物质传感器或温度传感器中的至少一种，可以检测经过声孔进入的声音或气流，以达到检测声压、温度、湿度或空气中某种物质含量的作用。防水胶层能够起到隔绝压力传感器，起到防水的作用，防止外界的水从第二开口进入与压力传感器接触，同时外界的气压和水深压力信号能够自第二开口进入，产生的压力能够通过挤压防水胶层传递至压力传感器，压力传感器用于进行水深检测和气压检测两种检测。该发明将水深检测、气压检测和声学信号检测集成为一体，增加了组合传感器的功能，并且通过设置了防水透气膜和防水胶层的简单结构实现了组合传感器防水结构的封装，在外壳具有第一开口和第二开口的情况下仍然具有防水功能，同时简化便携式可穿戴设备主机的防水模块，保证了防水的可靠性，并且结构简单、制作成本低。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1为本发明实施例组合传感器的剖面结构示意图；

图2为本发明实施例组合传感器的部分结构示意图；

图3为本发明实施例组合传感器的另一剖面结构示意图。

附图标号说明：

100、组合传感器；1、过气孔；2、壳体；21、基板；3、容纳腔；4、检测MEMS芯片；5、检测ASIC芯片；6、外壳；61、第一空腔；62、第二空腔；63、第一开口；64、第二开口；65、分隔件；66、安装槽；7、防水透气膜；71、基材；72、膜体；8、压力MEMS芯片；9、压力ASIC芯片；10、防水胶层；11、防腐胶层；12、金线；13、集成信号接收处理芯片。

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施方式，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本发明的一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，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方式，都属于本发明保护的范围。

需要说明，本发明实施方式中所有方向性指示(诸如上、下……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，在本发明中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。

并且，本发明各个实施方式之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

参见图1和图2，根据本发明的一个方面，本发明提供一种组合传感器100，包括检测传感器、压力传感器、防水透气膜7、壳体2和与壳体2连接的外壳6，壳体2形成有容纳腔3和过气孔1，容纳腔3内设置有检测传感器；外壳6内设置有分隔件65，分隔件65将外壳6内腔分隔为相互隔离的第一容纳腔3和第二容纳腔3，过气孔1连通第一空腔61和容纳腔3，第一空腔61形成有与外界连通的第一开口63，第二空腔62形成有与外界连通的第二开口64，防水透气膜7设置为用于防止外界的水从第一开口63进入容纳腔3；压力传感器至少部分设置于第二空腔62内，设置于第二空腔62内的至少部分压力传感器被防水胶层10包裹以与外界隔离。

上述实施例中，外壳6的内腔被分隔件65分别为两个相互隔离的第一空腔61和第二空腔62，具体地，分隔件65可以是设置于外壳6内的隔板，隔板的一侧与壳体2连接，另一侧延伸至外壳6的开口并将开口分隔为第一开口63和第二开口64。第一空腔61形成有第一开口63，第二空腔62带有第二开口64，防水透气膜7不能使水分子通过，但可以使气流和声音通过，从第一开口63进入的空气经过防水透气膜7后最终进入容纳腔3被检测传感器感应检测，检测传感器包括声学传感器、湿度传感器、物质传感器或温度传感器中的至少一种，可以检测经过声孔进入的声音或气流，以达到检测声压、温度、湿度或空气中某种物质含量的作用。防水胶层10能够起到隔绝压力传感器，起到防水的作用，防止外界的水从第二开口64进入与压力传感器接触，同时外界的气压和水深压力信号能够自第二开口64进入，产生的压力能够通过挤压防水胶层10传递至压力传感器，压力传感器能够用于进行水深检测和气压检测两种检测。该发明将水深检测、气压检测和声学信号检测集成为一体，增加了组合传感器100的功能，并且通过设置了防水透气膜7和防水胶层10的简单结构实现了组合传感器100防水结构的封装，在外壳6具有第一开口63和第二开口64的情况下仍然具有防水功能，同时简化便携式可穿戴设备主机的防水模块，简化了主机的防水模块，保证了防水的可靠性，并且结构简单、制作成本低。该实施例集成了传感器的多种功能，并且防水结构简单，制作成本低。防水透气膜7可以设置于第一开口63或过气孔1面向第一空腔61的一侧，均可以起到防止外界的水进入容纳腔3的作用。

在一具体地实施例中，压力ASIC芯片9配置有水深量程模式和气压量程模式，水深量程模式的量程为100KPa～600KPa，可用于测量0～50m的水深，气压量程模式的量程为30KPa～110KPa，可用于测量-40m～9000m的海拔高度。压力ASIC芯片9配置两个量程模式，能够用于测量水深和气压，并且每个量程模式下存储独立的校准参数，保证两个量程模式下的测量精度。当然，需要说明的是，上述量程范围可以根据实际需要进行设置，并不构成对本实施例的具体限制。

在一实施例中，防水胶层10为弹性胶层，弹性胶层能够传递水压或气压信号以被压力传感器检测。防水胶层10不仅起到防水作用，还能够传递压力信号被压力传感器感应到，因此，可以采用需要具有一定弹性的胶体制作防水胶层10。

在一实施例中，压力传感器包括信号连接的压力MEMS芯片8和压力ASIC芯片9，压力MEMS芯片8设置于第二空腔62内，压力MEMS芯片8被防水胶层10包裹以与外界隔离，压力ASIC芯片9设置于容纳腔3内。参见图1，在另一实施例中，压力传感器包括信号连接的压力MEMS芯片8和压力ASIC芯片9，ASIC芯片安装于壳体2面向第二空腔62的一侧，压力MEMS芯片8设置于压力ASIC芯片9背离壳体2的一侧，压力MEMS芯片8和压力ASIC芯片9被防水胶层10包裹以与外界隔离以起到防止从第二开口进入的水接触或进入压力传感器。当压力传感器包括压力MEMS芯片8和压力ASIC芯片9时，压力MEMS芯片8作为压力感应接受部分需位于第二空腔62内，并且被防水胶层10包裹覆盖起到防水和传递压力信号的作用。至于压力ASIC芯片9，可以设置在第二空腔62内被防水胶层10包括，通过金线12与压力MEMS芯片8信号连接。同时，压力ASIC芯片9也可以设置在容纳腔3内，容纳腔3有防水透气膜7对容纳腔3内的元器件起到防水作用，然后通过壳体2的基板21的走线将压力MEMS芯片8和压力ASIC芯片9信号连接。这里需要说明的是，将压力MEMS芯片8和压力ASIC芯片9均设置于第二空腔62内相比于将压力ASIC芯片9设置于容纳腔3内而言，可以减小芯片间的信号干扰。

参见图3，在一实施例中，压力传感器包括集成信号接收处理芯片，集成信号接收处理芯片位于第二空腔62内，集成信号接收处理芯片被防水胶层10包裹以与外界隔离。集成信号接收处理芯片是一块芯片，它集成了传统的压力MEMS芯片8和压力ASIC芯片9两者的功能。由于需要感应和接收压力信号，因此需要将集成信号接收处理芯片设置于第二空腔62内，并被防水胶层10包裹以与外界隔离。

参见图1和图2，在一实施例中，壳体2包括基板21，检测传感器包括分别安装于基板21的检测MEMS芯片4和检测ASIC芯片5，压力ASIC芯片9安装于基板21，压力MEMS芯片8、压力ASIC芯片9和检测ASIC芯片5呈堆叠设置。为了减小组合传感器100的整体尺寸，可以将压力MEMS芯片8、压力ASIC芯片9和检测ASIC芯片5在竖直方向(图1中箭头所指上下方向为竖直方向，左右方向为水平方向)上堆叠设置，这样相比于将三者在竖直方向上错位设置而言，可以降低组合传感器100的横向尺寸，也就减小了组合传感器100的整体尺寸。

在一实施例中，检测传感器为声学传感器，声学传感器包括信号连接的麦克风MEMS芯片和麦克风ASIC芯片，过气孔1为声孔，麦克风MEMS芯片面对声孔设置。

参见图1和图2，在一实施例中，防水透气膜7设置于过气孔1，防水透气膜7包括膜体72和连接于壳体2背离容纳腔3一侧的基材71，膜体72与基材71密封连接，且膜体72与过气孔1间隔设置。将防水透气膜7直接帖覆于过气孔1上将过气孔1封闭，可以防止水从过气孔1进入容纳腔3内。参见图2，在另一实施例中，防水透气膜7包括膜体72和连接于壳体2背离容纳腔3一侧的基材71，膜体72与基材71密封连接，且防水透气膜7与过气孔1间隔设置。如果需要通过防水透气膜7的振动传递声音信号，为避免膜体72直接贴覆于过气孔1上时，因膜体72振动过程造成的脱落，防水透气膜7可以包括安装于壳体2的基材71，基材71可以是围绕过气孔1设置的环形或其他闭环结构，膜体72设置于环形内并与基材71密封设置以防止水进入，并且膜体72与过气孔1间隔设置以便传递声音信号。

在一实施例中，检测ASIC芯片5背离基板21的一侧设置有防腐胶层11。防腐胶层11能够起到减缓检测ASIC芯片5在潮湿的环境中受到的腐蚀，同时检测MEMS芯片4和检测ASIC芯片5通过金线12连接，防腐胶层11包括金线12与检测ASIC芯片5连接的焊盘处，可以避免金线12松脱。

在一实施例中，壳体2为陶瓷管壳。采用陶瓷管壳更加方便在壳体2上设置细微孔，便于走线。

根据本发明的另一方面，本发明还提供一种便携式可穿戴设备，便携式可穿戴设备包括主机和上述的组合传感器100，外壳6外周形成有安装槽66，外壳6通过安装槽66与主机连接。由于便携式可穿戴设备包括了上述组合传感器100的所有实施例的全部技术方案，因此，至少具有上述全部技术方案带来的所有有益效果，在此不在一一赘述。上述便携式可穿戴设备可以是智能手机、智能手表、智能手环或IPAD等。

以上仅为本发明的可选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的技术构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围。

Claims (12)

1.一种组合传感器，其特征在于，包括检测传感器、压力传感器、防水透气膜、壳体和与所述壳体连接的外壳，所述壳体形成有容纳腔和过气孔，所述容纳腔内设置有所述检测传感器，所述外壳内设置有分隔件，所述分隔件将所述外壳内腔分隔为相互隔离的第一容纳腔和第二容纳腔，所述过气孔连通所述第一空腔和所述容纳腔，所述第一空腔形成有与外界连通的第一开口，所述第二空腔形成有与外界连通的第二开口，所述防水透气膜设置为用于防止外界的水从所述第一开口进入所述容纳腔；所述压力传感器至少部分设置于所述第二空腔内，设置于所述第二空腔内的至少部分所述压力传感器被防水胶层包裹以与外界隔离。

2.根据权利要求1所述的组合传感器，其特征在于，所述防水胶层为弹性胶层，所述防水胶层能够传递水压或气压信号以被所述压力传感器检测。

3.根据权利要求1所述的组合传感器，其特征在于，所述压力传感器包括信号连接的压力MEMS芯片和压力ASIC芯片，所述压力MEMS芯片设置于所述第二空腔内，所述压力MEMS芯片被所述防水胶层包裹以与外界隔离，所述压力ASIC芯片设置于所述容纳腔内。

4.根据权利要求1所述的组合传感器，其特征在于，所述压力传感器包括集成信号接收处理芯片，所述集成信号接收处理芯片位于所述第二空腔内，所述集成信号接收处理芯片被所述防水胶层包裹以与外界隔离。

5.根据权利要求1所述的组合传感器，其特征在于，所述压力传感器包括信号连接的压力MEMS芯片和压力ASIC芯片，所述ASIC芯片安装于所述壳体面向所述第二空腔的一侧，所述压力MEMS芯片设置于所述压力ASIC芯片背离所述壳体的一侧，所述压力MEMS芯片和所述压力ASIC芯片均被所述防水胶层包裹以与外界隔离。

6.根据权利要求5所述的组合传感器，其特征在于，所述壳体包括基板，所述检测传感器包括分别安装于所述基板的检测MEMS芯片和所述检测ASIC芯片，所述压力ASIC芯片安装于所述基板，所述压力MEMS芯片、所述压力ASIC芯片和所述检测ASIC芯片呈堆叠设置。

7.根据权利要求1～5中任一项所述的组合传感器，其特征在于，所述检测传感器包括声学传感器、湿度传感器或温度传感器中的至少一种。

8.根据权利要求7所述的组合传感器，其特征在于，所述检测传感器为声学传感器，所述声学传感器包括信号连接的麦克风MEMS芯片和麦克风ASIC芯片，所述过气孔为声孔，所述麦克风MEMS芯片面对所述声孔设置。

9.根据权利要求1～5中任一项所述的组合传感器，其特征在于，所述防水透气膜设置于所述第一开口，或所述过气孔面向所述第一空腔的一侧。

10.根据权利要求9所述的组合传感器，其特征在于，所述防水透气膜设置于所述过气孔，所述防水透气膜包括膜体和连接于所述壳体背离所述容纳腔一侧的基材，所述膜体与所述基材密封连接，且所述膜体与所述过气孔间隔设置。

11.根据权利要求1～5中任一项所述的组合传感器，其特征在于，所述壳体为陶瓷管壳。

12.一种便携式可穿戴设备，其特征在于，所述便携式可穿戴设备包括主机和权利要求1～11中任一项所述的组合传感器，所述外壳与所述主机连接。

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