CN115628840A - 一种压力传感器和电子设备 - Google Patents

Abstract

一种压力传感器，包括底座、膜片和至少一个应变器件。底座设置有通孔。膜片固定在底座的通孔的一个端口处。底座与膜片为两个不同的部件，可以降低底座的加工难度，以及降低压力传感器的成本。膜片固定在底座的通孔的一侧端口处时，膜片的形变效果减弱，可以在膜片处于底座的通孔的表面上设置有凹槽结构。膜片的另一侧表面设置有应变器件，且应变器件处于凹槽结构的上方，让应变器件与底座的通孔之间的膜片的厚度比较小。膜片的厚度比较小时，膜片感知底座的通孔的压强的效果比较明显，产生的形变比较大，让应变器件检测底座的通孔的压强敏感，可以提高压力传感器的灵敏度。

Description

一种压力传感器和电子设备

技术领域

本发明涉及压力传感器技术领域，尤其涉及一种压力传感器和电子设备。

背景技术

压力传感器是一种能感受压力信号、并按照一定的规律将压力信号转换成可用的输出电信号的器件。压力传感器通常是由压敏元件和信号处理单元组成，可以用于控制和检测成百上千的不同的设备。压力传感器可以应用在各种工业自动控制环境，如水利水电、铁路交通、智能建筑、生产自控、航空航天、军工、石化、电力、船舶、机床、管道等众多行业。

压力传感器可以根据检测原理进行分类，有电阻式、电容式、压电式、光学式或其它类型。电阻式压力传感器是利用具有压阻效应的应变电阻来检测膜片因施加压力而产生的形变。应变电阻的电阻变化量随变形程度增大而增加。电阻式压力传感器可以根据应变电阻阻值的变化大小识别待检测物体的变化程度。电阻式压力传感器由于响应速度快、适应性强、灵敏度高、精度高等优点，是目前最常用的一种压力传感器。

发明内容

为了解决上述的问题，本申请的实施例中提供了一种压力传感器，底座设置有通孔。膜片固定在底座的通孔的一个端口处。底座与膜片为两个不同的部件，可以降低底座的加工难度，以及降低压力传感器的成本。另外，本申请还提供了与该压力传感器对应的电子设备的实施例。

为此，本申请的实施例中采用如下技术方案：

第一方面，本申请提供了一种压力传感器，包括：底座，设置有通孔；膜片，固定于所述底座的通孔的一个端口处，用于在所述底座的通孔内部的压强变化时，产生形变；其中，所述膜片的下表面设置有至少一个凹槽结构，所述至少一个凹槽结构处于所述底座的通孔与所述膜片构成的空腔中；所述至少一个凹槽结构的凹槽方向为所述膜片的下表面指向所述膜片的上表面的方向，所述膜片的下表面为所述膜片的与所述底座接触的表面，所述膜片的上表面与所述膜片的下表面为两个相对的表面；至少一个应变器件，分别设置于所述膜片的上表面，且处于所述膜片的凹槽结构的上方，用于所述膜片产生形变时，产生不同的电信号。

在一个实施方式中，所述底座的通孔的一个端口处设置有台阶，所述台阶位于所述通孔的内侧壁，用于支撑所述膜片。

在一个实施方式中，所述台阶所处的平面与所述底座的通孔的一个端口的平面之间距离等于所述膜片的厚度。

在一个实施方式中，所述台阶的内侧边缘的半径或边长小于所述膜片的半径或边长。

在一个实施方式中，所述膜片的四周的侧面固定于所述底座的通孔的内侧壁。

在一个实施方式中，应变器件为电阻或电容。

在一个实施方式中，还包括：电压采样电路，与所述至少一个应变器件电连接，用于采集所述至少一个应变器件的电压信号。

在一个实施方式中，所述应变器件为四个电阻，所述四个电阻包括第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3和第四电阻R4；所述电压采样电路为惠斯通电桥，所述惠斯通电桥包括输入端、输出端、所述第一电阻R1、所述第二电阻R2、所述第三电阻R3和所述第四电阻R4；所述第一电阻R1、所述第二电阻R2、所述第四电阻R4和所述第三电阻R3依次串联成一个环路；所述输入端的一个端口耦合于所述第一电阻R1与所述第二电阻R2之间的节点；所述输入端的另一个端口耦合于所述第三电阻R3与所述第四电阻R4之间的节点；所述输出端的一个端口耦合于所述第一电阻R1与所述第三电阻R3之间的节点；所述输出端的另一个端口耦合于所述第二电阻R2与所述第四电阻R4之间的节点。

在一个实施方式中，所述应变器件与所述膜片构成电容；所述应变器件与所述膜片不接触。

在一个实施方式中，所述至少一个凹槽结构的俯视形状为圆环形。

在一个实施方式中，凹槽结构的底部的四周部分与所述膜片的上表面之间的距离大于所述凹槽结构的底部的中间部分与所述膜片的上表面之间的距离。

第二方面，本申请提供了一种电子设备，包括：至少一个如第一方面各个可能实现的压力传感器。

附图说明

下面对实施例或现有技术描述中所需使用的附图作简单地介绍。

图1为现有技术中的一种压力传感器的剖面结构示意图；

图2为本申请实施例中提供的一种压力传感器的剖面结构示意图；

图3为本申请实施例中提供的一种膜片的下表面的俯视结构示意图；

图4（a）为本申请实施例中提供的第一种膜片的剖面结构示意图；

图4（b）为本申请实施例中提供的第二种膜片的剖面结构示意图；

图4（c）为本申请实施例中提供的第三种膜片的剖面结构示意图；

图5为本申请实施例中提供的惠斯通电桥的拓扑电路图；

图6为本申请实施例中提供的一种压力传感器的剖面结构示意图；

图7（a）为本申请实施例中提供的压力传感器的膜片各个位置的应变大小的关系示意图；

图7（b）为现有技术中的压力传感器的膜片各个位置的应变大小的关系示意图；

图8为本申请实施例中提供的一种压力传感器的剖面结构示意图；

图9为本申请实施例中提供的压力传感器的膜片各个位置的应变大小的关系示意图；

图10为本申请实施例中提供的一种压力传感器的剖面结构示意图；

图11为本申请实施例中提供的一种压力传感器的俯视结构示意图；

图12为本申请实施例中提供的一种压力传感器的左视图的结构示意图。

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描述。

在本申请的描述中，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，还可以是抵触连接或一体的连接；对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

在本申请的描述中，术语“和/或”，是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。本文中符号“/”表示关联对象是或者的关系，例如A/B表示A或者B。

在本申请的描述中，术语“第一”和“第二”等是用于区别不同的对象，而不是用于描述对象的特定顺序。例如，第一响应消息和第二响应消息等是用于区别不同的响应消息，而不是用于描述响应消息的特定顺序。

在本申请实施例中，“在一个实施例中”或者“例如”等词用于表示作例子、例证或说明。本申请实施例中被描述为“在一个实施例中”或者“例如”的任何实施例或设计方案不应被解释为比其它实施例或设计方案更优选或更具优势。确切而言，使用“在一个实施例中”或者“例如”等词旨在以具体方式呈现相关概念。

在本说明书的描述中，具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以适合的方式结合。

电阻式压力传感器的检测在原理上依赖于应变电阻的阻值变化。因此，电阻式压力传感器的检测精度、线性度、灵敏度等质量指标与影响应变电阻的阻值变化的因素相关。

图1为现有技术中的一种压力传感器的剖面结构示意图。如图1所示，压力传感器包括有底座、膜片、应变电阻。底座的底部设置有凹槽。底座的处在凹槽的底部与底座的上表面之间的部分为膜片。应变电阻设置于底座的上表面，且处于凹槽的底部的正上方。

当底座的凹槽内部的压强发生变化时，膜片可以感知凹槽内部的压强变化并产生形变。膜片的形变可以传递到应变电阻，让应变电阻随着发生形变。应变电阻的体积发生形变后，其电阻也会发生变化。如果应变电阻电连接在电压采样电路，电压采样电路采集应变电阻两端的电压。压力传感器将压强变化转换成电压变化，可以准确地检测出底座的凹槽内部的压强变化。

但是，压力传感器的底座与膜片为整体结构。底座与膜片在加工的过程中，利用铣床对柱形的材料冲洗，得到具有凹槽形的结构。但是对于膜片与底座一体式的方案来说，通过此工艺进行高深宽比结构的加工，工艺难度很大，并且成本也比较高，不利于产品的推广。

为了解决现有的一体式压力传感器的工艺难度大、成本高的缺陷，本申请设计了一种新的压力传感器和电子设备。

本申请的一种压力传感器包括底座、膜片和至少一个应变器件。底座设置有通孔。膜片固定于底座的通孔的一个端口处。膜片的下表面设置有至少一个凹槽结构。至少一个凹槽结构处于底座的通孔与膜片构成的空腔中。至少一个应变器件分别设置于膜片的上表面，且处于膜片的凹槽结构的上方。

本申请实施例中，底座设置有通孔。膜片固定在底座的通孔的一个端口处。底座与膜片为两个不同的部件，可以降低底座的加工难度，以及降低压力传感器的成本。膜片固定在底座的通孔的一侧端口处时，膜片的形变效果减弱，可以在膜片处于底座的通孔的表面上设置有凹槽结构。膜片的另一侧表面设置有应变器件，且应变器件处于凹槽结构的上方，让应变器件与底座的通孔之间的膜片的厚度比较小。膜片的厚度比较小时，膜片感知底座的通孔的压强的效果比较明显，产生的形变比较大，让应变器件检测底座的通孔的压强敏感，可以提高压力传感器的灵敏度。

说需要说明的是，当压力传感器设置于桌面时，底座与桌面接触的表面定义为“下表面”。底座远离桌面的表面为“上表面”。表面可以是平面或曲面。以此类推，压力传感器的其它部件的上表面是指远离桌面的表面。“下表面”是指与“上表面”相对的表面。本申请实施例中，“朝上”是指底座的下表面指向底座的上表面的方向。“朝下”是指与“朝上”相反的方向。

图2为本申请实施例提供的一种压力传感器的结构示意图。如图2所示，第一压力传感器200包括第一底座210、第一膜片220和多个第一应变器件230。

第一底座210是第一压力传感器200的主体。第一底座210中设置有第一通孔211。第一通孔211可以容纳气体。第一通孔211的一个端口可以耦合于待检测物体。待检测物体的变化传递到第一通孔211的气体，可以改变第一通孔211的气体压强。本申请中，第一压力传感器200可以通过检测气体的压强的方式，检测待检测物体的状态。

本申请中，第一底座210的形状可以为圆柱体、圆台体、长方体或其它形状。第一底座210的形状可以为不规则形状，本申请在此不做限定。

本申请中，第一通孔211的形状可以为圆柱体、圆台体、长方体或其它形状。第一通孔211的形状可以为不规则形状，本申请在此不做限定。

本申请中，第一底座210的材料可以是金属，如不锈钢、钛合金、哈氏合金等。第一底座210的材料可以为其它非金属材料，如碳纤维、塑料、高分子聚合物等。在一个实施例中，第一通孔211收纳的气体为非腐蚀性气体时，第一底座210可以是不锈钢，使得第一压力传感器200的成本比较低。在一个实施例中，第一通孔211收纳的气体为腐蚀性气体时，第一底座210可以是钛合金、哈氏合金等，使得第一压力传感器200不易损坏。

第一膜片220为平板形状的薄片，固定在第一底座210的第一通孔211的另一个端口。第一膜片220、第一底座210的第一通孔211和待检测物体构成密闭空间。第一通孔211内部的气体的压强变化时，气体产生的应变力可以作用于第一膜片220，让第一膜片220产生形变。

本申请中，第一通孔211的另一个端口的内侧设置有台阶。第一通孔211的台阶外边缘的半径或边长大于第一膜片220的半径或边长。第一通孔211的台阶内边缘的半径或边长小于第一膜片220的半径或边长。第一膜片220设置于第一底座210的第一通孔211的另一个端口时，第一通孔211的台阶可以支撑第一膜片220，避免第一膜片220陷入第一通孔211内部。在一个实施例中，第一膜片220的俯视形状与第一通孔211的台阶外边缘的相同，让第一膜片220可以设置于第一通孔211的台阶。

第一通孔211的台阶内边缘的半径或边长大于第一通孔211的半径或边长，让第一通孔211的台阶内边缘与第一通孔211的内侧之间形成斜角。第一膜片220设置于第一底座210的第一通孔211的另一个端口时，第一底座210的第一通孔211的台阶内边缘与第一通孔211的内侧之间部分与第一膜片220不接触，可以减少第一膜片220与第一底座210的接触面积，以降低第一底座210影响第一膜片220的形变程度。

第一通孔211的台阶的平面与第一底座210的上表面之间的距离可以等于第一膜片220的厚度。第一膜片220设置于第一底座210的第一通孔211的另一个端口时，第一膜片220的上表面与第一底座210的上表面处在一个平面上，让第一压力传感器200的外观比较美观。

本申请中，第一膜片220的材料可以与第一底座210的材料相同，如不锈钢、钛合金、哈氏合金、碳纤维等材料。第一膜片220的材料可以与第一底座210的材料不相同。在一个实施例中，第一底座210与第一膜片220的材料为金属时，第一膜片220可以采用激光焊接、焊料焊接或其它焊接方式固定在第一底座210的第一通孔211的另一个端口。在一个实施例中，第一底座210与第一膜片220的材料为非金属时，第一膜片220可以采用胶水粘接、熔化连接或其它固定方式固定在第一底座210的第一通孔211的另一个端口。

第一膜片220固定在第一底座210的第一通孔211的另一个端口时，第一膜片220与第一底座210之间密闭结合。第一底座210的第一通孔211的内部气体压强变化时，气体不能从流出第一通孔211外面，可以提高第一膜片220产生形变的程度。

本申请中，第一膜片220的下表面可以设置有第一凹槽结构221。第一膜片220固定在第一底座210的第一通孔211的另一个端口时，第一凹槽结构221处于第一膜片220与第一底座210的第一通孔211构成的空腔中。第一凹槽结构221的底部与第一膜片220的上表面之间的距离小于第一膜片220的厚度。第一膜片220的处于第一凹槽结构221的底部与第一膜片220的上表面之间的部分的厚度比较薄，且第一凹槽结构221的环形边缘比第一凹槽结构221的中间部分略微厚，可以让第一膜片220的应变变形集中于第一应变器件230各自外侧敏感区域。第一膜片220的应变随径向位置的变化更加平缓，增加第一应变器件230应变变形的连续性和一致性，并且累积变形程度更大。

第一凹槽结构221的俯视形状可以是圆形、圆环形、矩形或其它形状。第一凹槽结构221的俯视形状可以为其它不规则形状，本申请不作限定。在一个实施例中，如图3所示，第一膜片220的俯视形状为圆柱体形。第一凹槽结构221的俯视形状为圆环形。第一凹槽结构221的外侧直径小于第一底座210的第一通孔211的直径或边长，让第一凹槽结构221的外侧边缘不会与第一底座210的第一通孔211接触，以免第一底座210影响第一膜片220的形变程度。

第一凹槽结构221的底部可以为曲面。如图2所示，第一凹槽结构221的底部的四周部分与第一膜片220的上表面之间的距离大于第一凹槽结构221的底部的中间部分与第一膜片220的上表面之间的距离。第一凹槽结构221的底部为曲面时，第一膜片220的处于第一凹槽结构221的底部与第一膜片220的上表面之间的部分的厚度不均匀，可以让第一膜片220的形变集中于需要的区域且应变更均匀，从而提升第一压力传感器200的灵敏度。

第一膜片220的剖面结构图中，第一凹槽结构221的剖面形状可以为梯形。如图4（a）所示，第一凹槽结构221的开口处的梯形底边大于第一凹槽结构221的底部的梯形底边的长度。第一凹槽结构221的剖面形状可以为倒“V”形。如图4（b）所示，倒“V”形的开口处在第一凹槽结构221的开口处，倒“V”形的顶角处在第一凹槽结构221的底部。倒“V”形的顶角为圆弧形。如图4（c）所示，倒“V”形的开口处在第一凹槽结构221的开口处，倒“V”形的顶角处在第一凹槽结构221的底部。倒“V”形的顶角为尖角形。在其它实施例中，第一凹槽结构221的剖面形状可以为其它形状。

本申请中，多个第一应变器件230分别固定在第一膜片220的上表面，且处于第一凹槽结构221的底部的上方。第一应变器件230可以为应变电阻、电容或其它器件。第一膜片220发生形变时，第一膜片220将应变力传递到第一应变器件230，让第一应变器件230的电学信号发生变化。

在一个实施例中，第一应变器件230为应变电阻。第一膜片220发生形变时，第一膜片220将应变力传递到应变电阻。应变电阻在应变力的作用下产生形变，使得应变电阻的形状发生变化。应变电阻的阻值与电阻的长度和电阻的横截面的面积有关。应变电阻的形状发生变化时，应变电阻的阻值会发生变化。

在一个实施例中，第一应变器件230为电容。第一膜片220发生形变时，电容的两个电极板之间的距离会发生变化。电容的容值与电容的两个电极板的距离有关。电容的两个电极板之间的距离发生变化时，电容的容值会发生变化。

本申请实施例中，第一压力传感器200还包括电压采样电路。电压采样电路与多个第一应变器件230电连接，用于采集多个第一应变器件230的电压信号。本申请的第一压力传感器200可以将第一底座210的第一通孔211的气体压强的变化转化成第一应变器件230两端的电压变化，方便第一压力传感器200的其它电学器件根据电压变化执行其它功能。

本申请中，第一应变器件230为电阻时，电压采样电路可以为惠斯通（wheatstone）电桥。惠斯通电桥是一种可以精确测量电阻的仪器。惠斯通电桥包括有四个电阻，分别为电桥的四个臂。惠斯通电桥可以利用电阻的变化来测量物理量的变化。单片机采集可变电阻两端的电压处理，就可以计算出相应的物理量的变化，是一种精度很高的测量方式。

非平衡的惠斯通电桥一般用于测量电阻值的微小变化。例如，将应变电阻固定在物件上。当物件发生形变时，应变电阻也会发生形变。应变电阻的电阻由电桥平衡时的Rx变为Rx+△R。输出端的电压U也会发生变化。根据U与△R的关系就可测出△R，然后由△R与固体形变之间的关系计算出物体的形变量。

如图5所示，惠斯通电桥包括第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3和第四电阻R4。第一电阻R1、第二电阻R2、第四电阻R4和第三电阻R3依次串联成一个环路。输入端的一个端口耦合于第一电阻R1与第二电阻R2之间的节点。输入端的另一个端口耦合于第三电阻R3与第四电阻R4之间的节点。输出端的一个端口耦合于第一电阻R1与第三电阻R3之间的节点。输出端的另一个端口耦合于第二电阻R2与第四电阻R4之间的节点。

惠斯通电桥的输入端耦合于电压源E，该电压源E可以为恒定电压源（输出恒定电压）或脉冲电压源（输出脉冲电压）。惠斯通电桥的输出端用于输出电信号，如电流信号或者电压信号。惠斯通电桥的输出端耦合于探测器。探测器可以检测第一压力传感器200输出的电信号。

平衡状态下的第一压力传感器200输出的电流Ia为零。当第一膜片220发生形变时，应变电阻的形状也会发生形变。惠斯通电桥的四个应变电阻的阻值发生变化，惠斯通电桥处于非平衡状态。第一压力传感器200可以根据应变电阻的压阻效应的基本原理，应变电阻的变化量与应变的大小和材料的灵敏系数（GF）有关，具体为：

其中，△R表示应变电阻的变化量，ϵ表示应变电阻的应变的大小，△L表示表示应变电阻的长度变化量，L表示表示应变电阻的长度。

第一压力传感器200可以利用惠斯顿电桥，将第一底座210的第一通孔211的气体压强的变化转化成第一应变器件230两端的电压信号，具体为

其中，Vex表示电压源的电压。

如图6所示，第一膜片220与第一应变器件230构成电容。第一膜片220为电容的一个极板。第一应变器件230为电容的另一个极板。第一应变器件230可以通过固定组件固定于第一底座210或第一膜片220。第一应变器件230与第一膜片220不接触，且第一应变器件230的下表面与第一膜片220的上表面平行。电压采样电路的输入端可以耦合于第一膜片220与第一应变器件230。电压采样电路的输出端耦合于探测器。当第一膜片220发生形变时，第一膜片220与第一应变器件230之间的距离会发生变化，电容的容值会发生变化。电压采样电路可以采集电容两端的电压，并发送给探测器。探测器可以检测第一压力传感器200输出的电信号。

在其它实施例中，第一应变器件230可以为电容。电容的两个极板固定于第一膜片220的上表面。当第一膜片220发生形变时，电容的两个极板之间的距离会发生变化，电容的容值会发生变化。电压采样电路可以采集电容两端的电压，并发送给探测器。

本申请实施例中，第一底座210设置有第一通孔211。第一膜片220固定在第一底座210的第一通孔211的一个端口处。第一底座210与第一膜片220为两个不同的部件，可以降低第一底座210和第一膜片220的加工难度，以及降低第一压力传感器200的成本。

第一膜片220固定在第一底座210的第一通孔211的一侧端口处时，第一膜片220的形变效果减弱，可以在第一膜片220处于第一底座210的第一通孔211的表面上设置有第一凹槽结构221。第一膜片220的另一侧表面设置有第一应变器件230，且第一应变器件230处于第一凹槽结构221的上方，让第一应变器件230与第一底座210的第一通孔211之间的第一膜片220的厚度比较小。第一膜片220的厚度比较小时，第一膜片220感知第一底座210的第一通孔211的压强的效果比较明显，产生的形变比较大，让第一应变器件230检测第一底座210的第一通孔211的压强敏感，可以提高第一压力传感器200的灵敏度。

图7（a）为本申请的第一压力传感器200的有限元仿真实验数据。第一压力传感器200应用在计算机数值控制（computernumericalcontrol，CNC）领域。第一底座210的第一通孔211的压强为1MPa。应变电阻在0.10R至0.27R和0.46R至0.61R处分别可以得到最大拉伸应变和压缩应变的膜片响应。最大应变的区间即对应于应变电阻核心的应变感应区域。应变电阻的应变感应区域的第一膜片220的应变维持峰值大小，从而相应提升应变电阻的最终伸长量，提升第一压力传感器200响应最终输出的灵敏度。

图7（b）为图1所示的压力传感器的有限元仿真实验数据。图1所示的压力传感器应用在CNC领域。底座的凹槽的压强为1MPa。膜片的厚度均匀，膜片的应变呈现出两个尖锐的峰值。应变电阻感应到平均应变比应变峰值减少很多，极大影响电力传感器的最终性能。

图8为本申请实施例提供的一种压力传感器的结构示意图。如图8所示，第二压力传感器800包括第二底座810、第二膜片820和多个第二应变器件830。第二底座810的底部设置有第二通孔811。第二底座810的处在第二通孔811的底部与第二底座810的上表面之间的部分为第二膜片820。第二底座810的第二通孔811的底部设置有第二凹槽结构821。也即，第二膜片820的下表面设置有第二凹槽结构821。多个第二应变器件830设置于第二底座810的上表面，且处于第二膜片820的第二凹槽结构821的正上方。第二凹槽结构821的剖面形状可以为梯形、倒“V”形或其它形状。

相比较图1所示的压力传感器，第二压力传感器800的第二底座810的第二通孔811的底部设置有第二凹槽结构821。第二底座810的第二凹槽结构821的俯视形状可以为圆形、圆环形或其它形状。本申请中，多个第二应变器件830下方的第二膜片820的厚度小于其它位置的第二膜片820的厚度。第二凹槽结构821的环形边缘比第二凹槽结构821的中间部分略微厚，可以让第二膜片820的应变变形集中于第二应变器件830各自外侧敏感区域。第二膜片820的应变随径向位置的变化更加平缓，增加第二应变器件830应变变形的连续性和一致性，并且累积变形程度更大。第二底座810的第二凹槽结构821产生的应变力可以让第二膜片820的形变集中于需要的区域且应变更均匀，从而提升第二压力传感器800的灵敏度。

相比较图2所示的第一压力传感器200，第二压力传感器800的第二底座810与第二膜片820为一体式结构。本申请中，第二底座810与第二膜片820为一体式结构，第二底座810与第二膜片820之间不需要焊料焊接，可以提高第二压力传感器800的结构的稳定性。

图9为本申请的第二压力传感器800的有限元仿真实验数据。第二压力传感器800应用在CNC领域。第二底座810的第二通孔811的压强为1MPa。应变电阻在0.14R至0.31R和0.55R至0.72R处分别可以得到最大拉伸应变和压缩应变的膜片响应。最大应变的区间即对应于应变电阻核心的应变感应区域。应变电阻的应变感应区域的第二膜片820的应变维持峰值大小，从而相应提升应变电阻的最终伸长量，提升第二压力传感器800响应最终输出的灵敏度。相比较图2所示的第一压力传感器200，应变电阻感应区域向第二膜片820的外侧内收。

图10为本申请实施例提供的一种压力传感器的结构示意图。如图10所示，第三压力传感器1000包括第三底座1010、第三膜片1020和多个第三应变器件1030。第三底座1010设置有第三通孔1011。第三膜片1020固定于第三底座1010的第三通孔1011的一个端口处。第三膜片1020的下表面设置有至少一个第三凹槽结构1021。至少一个第三凹槽结构1021处于第三底座1010的第三通孔1011与第三膜片1020构成的空腔中。至少一个第三应变器件1030分别设置于第三膜片1020的上表面，且处于第三膜片1020的第三凹槽结构1021的上方。

相比较图2所示的第一压力传感器200，第三压力传感器1000的第三底座1010的俯视形状为长方形。第三压力传感器1000的第三膜片1020的俯视形状为长方形。第三膜片1020的四周侧边固定在第三底座1010的第三通孔1011的一个端口处。多个第三应变器件1030可以设置于第三膜片1020的上表面，且处于第三膜片1020的一个第三凹槽结构1021的上方。本申请实施例中，针对小型化的应用场景，本申请实施例提供了一个矩形的第三压力传感器1000，矩形的第三膜片1020可以固定于矩形的第三底座1010。在保持原有应变传导方案的前提下，矩形的第三膜片1020和矩形的第三底座1010可以减小了器件占据的面积，从而减小第三压力传感器1000的器件整体体积。

如图11所示，第三压力传感器1000还包括印刷电路板集合（printed circuitboard assembly，PCBA）1040。电压采样电路可以布置在PCBA 1040。针对小型化应用场景，PCBA 1040垂直排布于第三压力传感器1000侧边，可以减小第三压力传感器1000的三维体积。

如图12所示，第三压力传感器1000还包括连接器1050。连接器1050可以通过PCBA1040电连接在第三应变器件1030。PCBA 1040可以布置有电压采样电路。PCBA 1040耦合于探测器。探测器可以检测第三压力传感器1000输出的电信号。

本申请实施例中，压力传感器可以通过膜片感知底座内部的腔体的压力，并产生相应的变形。膜片可以将应变传导给膜片应变区域上方附着的应变器件。应变器件产生变形后，应变器件的电信号产生相应的变化。电压采样电路耦合于应变器件，可以将气体压强的变化转化成应变器件两端的电压变化，方便压力传感器的其它电学器件根据电压变化执行其它功能。

本申请实施例提供一种电子设备，该电子设备包括至少一个压力传感器。其中，压力传感器可以为如图2-图12和上述对应保护方案中记载的压力传感器。由于该电子设备包括压力传感器，该电子设备包具有该压力传感器的所有或至少部分优点。该电子设备可以充电桩、充电器等设备。

本申请实施例提供的压力传感器的各个部件的位置关系、数量、俯视截面的形状、相互连接方式、结构等不限于上述实施例，凡在本申请原理下实现的技术方案均在本方案保护范围之内。说明书中任何的一个或多个实施例或图示，以适合的方式结合的技术方案均在本方案保护范围之内。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本申请的技术方案。本领域的普通技术人员应当理解，尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，其依然可以对前述各实施例中所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例中技术方案的精神和范围。

Claims (12)

1.一种压力传感器，其特征在于，包括：

底座（210，810，1010），设置有通孔（211，811，1011）；

膜片（220，820，1020），固定于所述底座（210，810，1010）的通孔（211，811，1011）的一个端口处，用于在所述底座（210，810，1010）的通孔（211，811，1011）内部的压强变化时，产生形变；其中，所述膜片（220，820，1020）的下表面设置有至少一个凹槽结构（221，821，1021），所述至少一个凹槽结构（221，821，1021）处于所述底座（210，810，1010）的通孔（211，811，1011）与所述膜片（220，820，1020）构成的空腔中；所述至少一个凹槽结构（221，821，1021）的凹槽方向为所述膜片（220，820，1020）的下表面指向所述膜片（220，820，1020）的上表面的方向，所述膜片（220，820，1020）的下表面为所述膜片（220，820，1020）的与所述底座（210，810，1010）接触的表面，所述膜片（220，820，1020）的上表面与所述膜片（220，820，1020）的下表面为两个相对的表面；

至少一个应变器件（230，830，1030），分别设置于所述膜片（220，820，1020）的上表面，且处于所述膜片（220，820，1020）的凹槽结构（221，821，1021）的上方，用于在所述膜片（220，820，1020）产生形变时，产生不同的电信号。

2.根据权利要求1所述的压力传感器，其特征在于，所述底座（210，810，1010）的通孔（211，811，1011）的一个端口处设置有台阶，所述台阶位于所述通孔（211，811，1011）的内侧壁，用于支撑所述膜片（220，820，1020）。

3.根据权利要求2所述的压力传感器，其特征在于，所述台阶所处的平面与所述底座（210，810，1010）的通孔（211，811，1011）的一个端口的平面之间距离等于所述膜片（220，820，1020）的厚度。

4.根据权利要求2或3所述的压力传感器，其特征在于，所述台阶的内侧边缘的半径或边长小于所述膜片（220，820，1020）的半径或边长。

5.根据权利要求1所述的压力传感器，其特征在于，所述膜片（220，820，1020）的四周的侧面固定于所述底座（210，810，1010）的通孔（211，811，1011）的内侧壁。

6.根据权利要求1所述的压力传感器，其特征在于，应变器件（230，830，1030）为电阻或电容。

7.根据权利要求6所述的压力传感器，其特征在于，还包括：

电压采样电路，与所述至少一个应变器件（230，830，1030）电连接，用于采集所述至少一个应变器件（230，830，1030）的电压信号。

8.根据权利要求7所述的压力传感器，其特征在于，所述应变器件（230，830，1030）为四个电阻，所述四个电阻包括第一电阻（R1）、第二电阻（R2）、第三电阻（R3）和第四电阻（R4）；

所述电压采样电路为惠斯通电桥，所述惠斯通电桥包括输入端、输出端、所述第一电阻（R1）、所述第二电阻（R2）、所述第三电阻（R3）和所述第四电阻（R4）；

所述第一电阻（R1）、所述第二电阻（R2）、所述第四电阻（R4）和所述第三电阻（R3）依次串联成一个环路；所述输入端的一个端口耦合于所述第一电阻（R1）与所述第二电阻（R2）之间的节点；所述输入端的另一个端口耦合于所述第三电阻（R3）与所述第四电阻（R4）之间的节点；所述输出端的一个端口耦合于所述第一电阻（R1）与所述第三电阻（R3）之间的节点；所述输出端的另一个端口耦合于所述第二电阻（R2）与所述第四电阻（R4）之间的节点。

9.根据权利要求6所述的压力传感器，其特征在于，所述应变器件与所述膜片（220，820，1020）构成电容；所述应变器件（230，830，1030）与所述膜片（220，820，1020）不接触。

10.根据权利要求1所述的压力传感器，其特征在于，所述至少一个凹槽结构（221，821，1021）的俯视形状为圆环形。

11.根据权利要求1所述的压力传感器，其特征在于，凹槽结构（221，821，1021）的底部的四周部分与所述膜片（220，820，1020）的上表面之间的距离大于所述凹槽结构（221，821，1021）的底部的中间部分与所述膜片（220，820，1020）的上表面之间的距离。

12.一种电子设备，其特征在于，包括：

至少一个如权利要求1-11中任意一项权利要求所述的压力传感器。

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