CN115655393B - Mems气流传感器 - Google Patents
Mems气流传感器 Download PDFInfo
- Publication number
- CN115655393B CN115655393B CN202211397376.1A CN202211397376A CN115655393B CN 115655393 B CN115655393 B CN 115655393B CN 202211397376 A CN202211397376 A CN 202211397376A CN 115655393 B CN115655393 B CN 115655393B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- cavity
- chamber
- back plate
- mems
- airflow 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
Links
- 239000013078 crystal Substances 0.000 claims abstract description 24
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims abstract description 10
- 239000012528 membrane Substances 0.000 claims description 13
- 238000003491 array Methods 0.000 claims description 9
- 230000007704 transition Effects 0.000 claims description 9
- 239000000178 monomer Substances 0.000 claims description 3
- 230000000149 penetrating effect Effects 0.000 claims description 3
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 abstract description 6
- 239000000463 material Substances 0.000 abstract description 5
- 238000000034 method Methods 0.000 abstract 1
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 6
- 239000000779 smoke Substances 0.000 description 4
- 230000000391 smoking effect Effects 0.000 description 3
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 2
- 230000008094 contradictory effect Effects 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 239000003571 electronic cigarette Substances 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
- Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
- Y02T10/40—Engine management systems
Landscapes
- Indicating Or Recording The Presence, Absence, Or Direction Of Movement (AREA)
Abstract
本申请公开了一种MEMS气流传感器，两层背板相对间隔将壳体的收容空间分隔形成第一腔室、第二腔室及第三腔室，所述第二腔室与所述壳体的两端开口连通，配合形成气流通道；所述背板的中间位置贯穿设置有通孔，所述振膜完全覆盖所述背板上的通孔，使所述第一腔室和所述第三腔室形成密闭腔室，所述第一腔室和所述第三腔室内填充有一个标准大气压的空气，两个所述振膜相对间隔形成电容，压电晶体阵列设置于所述背板上，所述背板变形产生应力变化，所述压电晶体阵列对应产生电压输出。本申请将振膜与压电晶体阵列配合，分别对于对小气流和大气流的检测，无需增大振膜的厚度或使用杨氏模量更大的材料，保证了小气流检测的灵敏度不受影响。
Description
技术领域
本申请属于传感器技术领域，具体涉及一种MEMS气流传感器。
背景技术
MEMS气流传感器是一款适用于电子烟检测吸烟状态的传感器。在吸烟状态下，气流通过烟枪至金属壳进气孔进入传感器腔体，内置MEMS芯片振膜发生形变产生电容变化，并输出给ASIC芯片进行处理将其转换为控制信号，直接驱动雾化器。当吸烟状态吸气气流小，MEMS振膜形变量小，输出电容变化量小，ASIC驱动雾化器的输出功率小，那么出烟量也小。同理，当吸烟状态吸气气流大，出烟量大。
但是MEMS气流传感器存在灵敏度和测量范围的矛盾关系，吸气气流大时，振膜的形变也越大，为了避免敏感振膜的破裂，需要增加振膜的厚度或是使用杨氏模量更大的材料；但是在吸气气流小时，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MEMS气流传感器以解决上述问题。
发明内容
本申请实施例的目的是提供一种MEMS气流传感器，将振膜与压电晶体阵列配合，分别对于对小气流和大气流的检测，无需增大振膜的厚度或使用杨氏模量更大的材料，保证了小气流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MEMS气流传感器，其特征在于，包括：
壳体，围成两端开口的收容空间；
背板，两层所述背板相对间隔将所述收容空间分隔形成第一腔室、第二腔室及第三腔室，其中，所述第二腔室位于两个所述背板之间，所述第二腔室与所述壳体的两端开口连通，配合形成气流通道；所述背板的中间位置贯穿设置有通孔；
振膜，两个所述振膜相对间隔形成电容，所述振膜位于所述第二腔室内并与所述背板固定，每个所述振膜完全覆盖一个所述背板上的通孔，使所述第一腔室和所述第三腔室形成密闭腔室，所述第一腔室和所述第三腔室内填充有一个标准大气压的空气；
压电晶体阵列，设置于所述背板远离所述振膜的一侧，所述背板变形产生应力变化，所述压电晶体阵列对应产生电压输出。
优选的，两个所述振膜的结构相同，且二者正对设置。
优选的，所述振膜包括膜体及垫层，所述垫层环设于所述通孔外围并与所述背板固定，所述膜体固定于所述垫层远离所述背板的一侧，所述垫层的厚度大于所述膜体的厚度。
优选的，一个膜体朝向另一个膜体的一侧设置有绝缘层。
优选的，所述壳体包括基底及支撑体，两个所述背板对称设置于所述支撑体的相对两侧，两个所述背板与所述支撑体配合围成所述第二腔室，所述背板夹设于所述基底和所述支撑体之间，位于所述支撑体一侧的基底、背板配合围成所述第一腔室，位于所述支撑体另一侧的基底、背板配合围成所述第三腔室。
优选的，所述支撑体包括两个支撑单体，两个所述支撑单体沿垂直气流方向并排设置，每个所述背板的沿垂直气流方向的两端分别与一个所述支撑单体固定。
优选的，所述第二腔室包括位于中间位置的检测区及位于所述检测区两端的过渡区，所述过渡区包括进气区和出气区，所述进气区、检测区及出气区沿气流方向依次设置，所述过渡区的开口面积向远离所述检测区的方向逐渐增加。
优选的，每个所述背板上设置有两组所述压电晶体阵列，两组所述压电晶体阵列关于气流方向对称设置于所述通孔的两侧，每组所述压电晶体阵列包括多个呈矩形阵列分布的压电晶体单体。
在本申请实施例中，将振膜与压电晶体阵列配合，分别对于对小气流和大气流的检测，无需增大振膜的厚度或使用杨氏模量更大的材料，保证了小气流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MEMS气流传感器的立体结构示意图；
图2是图1所示的MEMS气流传感器的分解结构示意图；
图3是图2所示的振膜的分解结构示意图；
图4是图1所示的MEMS气流传感器沿A-A线的剖视图；
图5是图1所示的MEMS气流传感器沿B-B线的剖视图。
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1-5，本申请实施例提供一种MEMS气流传感器100，包括壳体10、背板20、振膜30及压电晶体阵列40。所述壳体10围成两端开口的收容空间，两层所述背板20将所述收容空间分隔形成第一腔室51、第二腔室52及第三腔室53，其中，所述第二腔室52位于两个所述背板20之间，所述第二腔室52与所述壳体10的两端开口连通，配合形成气流通道60。
所述壳体10包括支撑体11及基底12，两个所述背板20对称设置于所述支撑体11的相对两侧，两个所述背板20与所述支撑体11配合围成所述第二腔室52，所述背板20夹设于所述基底11和所述支撑体11之间。位于所述支撑体11一侧的基底、背板配合围成所述第一腔室51，位于所述支撑体11另一侧的基底、背板配合围成所述第三腔室53。
所述支撑体11包括两个支撑单体111，两个所述支撑单体111沿垂直气流方向并排设置，每个所述背板20沿垂直气流方向的两端分别与一个所述支撑单体111固定。
所述背板20的中间位置贯穿设置有通孔21，其中一个所述背板20上的通孔连通所述第一腔室51和所述第二腔室52，另一个所述背板20上的通孔连通所述第二通孔52和所述第三通孔53。所述通孔21的形状可以为圆形、方形、椭圆形、跑道形，本实施方式对此不做限制。
所述振膜30位于所述第二腔室52内并与所述背板20固定，所述振膜30与所述背板20一一对应，每个所述振膜30完全覆盖一个所述背板20上的通孔21，使所述第一腔室51和所述第三腔室53形成密闭腔室，所述第一腔室51和所述第三腔室53内填充有一个标准大气压的空气。
两个所述振膜30相对间隔形成电容，当所述气流通道60内存在气流运动时，所述气流通道60内形成负压，所述振膜30的两侧产生压差，会驱动所述振膜30发生变形，两个振膜30变形后相向运动，产生电容变化信号。随着气流的增大，两个所述振膜30的间距会越来越小，最终会接触并相互挤压达到平衡状态，此时，电容信号也趋于稳定，不会出现变化。
具体的，两个所述振膜30的结构相同，且二者正对设置。所述振膜30包括膜体31、垫层32及绝缘层33，所述垫层32与所述背板20固定，并环设于所述通孔21外围，所述膜体31固定于所述垫层32远离所述背板20的一侧，所述绝缘层33设置于一个膜体朝向另一个膜体的一侧。
所述膜体31作为变形的主体，所述垫层32用于垫起所述膜体31，相比于将膜体31直接固定在通孔21边缘的方式，一方面，可以将垫层32向所述通孔21外侧移动，进而增加所述膜体31自由区域的面积，提高所述膜体31的变形能力，使较小的气流也能驱动膜体31变形，提高感应的精度；另一方面，所述垫层32的设置还可以在保持两个所述背板20较大间距的同时，减小两个所述膜体31的间距，可以对所述膜体31的变形量起到限制作用，避免所述膜体31过度变形造成破裂。优选的，所述垫层32的厚度大于所述膜体31的厚度，可以更好的提升垫起来的高度。
所述绝缘层33起到绝缘作用，使两个所述振膜30可以积累电荷，形成电容效果。
所述压电晶体阵列40设置于所述背板20远离所述振膜30的一侧。所述气流通道内形成负压时，会使所述背板20发生形变，产生应力变化，所述压电晶体阵列40对应产生电压输出。
优选的，每个所述背板20上设置有两组所述压电晶体阵列40，两组所述压电晶体阵列关于气流方向对称设置于所述通孔21的两侧，每组所述压电晶体阵列包括多个呈矩形阵列分布的压电晶体单体。该种设置方式，可以更好的监测所述背板20的变形。
所述振膜30和所述压电晶体阵列40相互配合，可以对大小气流进行区分测量。小气流时，所述振膜30发生变形，输出电容变化信号，此时，所述背板40的变形量较小，所述压电晶体阵列40上不输出压电信号；大气流时，两个所述振膜30接触，所述振膜30不再产生电容信号，所述背板20发生较大形变，产生压电信号。所述振膜30可以采用厚度较少或是杨氏模量较小的材料，以增加小气流时的灵敏度，
当两个所述振膜30相互接触挤压时，可以对所述气流通道60的中间位置形成封堵，气流无法从两个所述振膜30之间通过，只能从两个所述振膜30的旁侧通过，使得所述气流通道60变窄，气流速度增加，可以增加压差，进而增加所述背板20的变形量，使压电晶体阵列40上产生更强烈的压电信号，提升检测的精度。
优选的，所述第二腔室52包括位于中间位置的检测区及位于所述检测区两端的过渡区，所述过渡区包括进气区和出气区，所述进气区、检测区及出气区沿气流方向依次设置，所述过渡区的开口面积向远离所述检测区的方向逐渐增加，喇叭口的结构设计，同样可以增加所述检测区的气流速度，提升检测精度。
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 (8)
1.一种MEMS气流传感器，其特征在于，包括：
壳体，围成两端开口的收容空间；
背板，两层所述背板相对间隔将所述收容空间分隔形成第一腔室、第二腔室及第三腔室，其中，所述第二腔室位于两个所述背板之间，所述第二腔室与所述壳体的两端开口连通，配合形成气流通道；所述背板的中间位置贯穿设置有通孔；
振膜，两个所述振膜相对间隔形成电容，所述振膜位于所述第二腔室内并与所述背板固定，每个所述振膜完全覆盖一个所述背板上的通孔，使所述第一腔室和所述第三腔室形成密闭腔室，所述第一腔室和所述第三腔室内填充有一个标准大气压的空气；
压电晶体阵列，设置于所述背板远离所述振膜的一侧，所述背板变形产生应力变化，所述压电晶体阵列对应产生电压输出。
2.根据权利要求1所述的MEMS气流传感器，其特征在于，两个所述振膜的结构相同，且二者正对设置。
3.根据权利要求2所述的MEMS气流传感器，其特征在于，所述振膜包括膜体及垫层，所述垫层环设于所述通孔外围并与所述背板固定，所述膜体固定于所述垫层远离所述背板的一侧，所述垫层的厚度大于所述膜体的厚度。
4.根据权利要求3所述的MEMS气流传感器，其特征在于，一个膜体朝向另一个膜体的一侧设置有绝缘层。
5.根据权利要求1所述的MEMS气流传感器，其特征在于，所述壳体包括基底及支撑体，两个所述背板对称设置于所述支撑体的相对两侧，两个所述背板与所述支撑体配合围成所述第二腔室，所述背板夹设于所述基底和所述支撑体之间，位于所述支撑体一侧的基底、背板配合围成所述第一腔室，位于所述支撑体另一侧的基底、背板配合围成所述第三腔室。
6.根据权利要求5所述的MEMS气流传感器，其特征在于，所述支撑体包括两个支撑单体，两个所述支撑单体沿垂直气流方向并排设置，每个所述背板的沿垂直气流方向的两端分别与一个所述支撑单体固定。
7.根据权利要求1所述的MEMS气流传感器，其特征在于，所述第二腔室包括位于中间位置的检测区及位于所述检测区两端的过渡区，所述过渡区包括进气区和出气区，所述进气区、检测区及出气区沿气流方向依次设置，所述过渡区的开口面积向远离所述检测区的方向逐渐增加。
8.根据权利要求1所述的MEMS气流传感器，其特征在于，每个所述背板上设置有两组所述压电晶体阵列，两组所述压电晶体阵列关于气流方向对称设置于所述通孔的两侧，每组所述压电晶体阵列包括多个呈矩形阵列分布的压电晶体单体。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202211397376.1A CN115655393B (zh) | 2022-11-09 | 2022-11-09 | Mems气流传感器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202211397376.1A CN115655393B (zh) | 2022-11-09 | 2022-11-09 | Mems气流传感器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN115655393A CN115655393A (zh) | 2023-01-31 |
| CN115655393B true CN115655393B (zh) | 2023-05-16 |
Family
ID=85015404
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202211397376.1A Active CN115655393B (zh) | 2022-11-09 | 2022-11-09 | Mems气流传感器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN115655393B (zh) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116045922B (zh) * | 2023-03-16 | 2023-06-23 | 湖南大学 | 一种用于深海测量的深度计 |
Family Cites Families (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1634052A4 (en) * | 2003-06-06 | 2008-04-30 | Univ Illinois | DETECTION CHIP AND APPARATUS FOR TOUCH DETECTION AND / OR FLOW |
| WO2006105570A1 (en) * | 2005-04-04 | 2006-10-12 | Silverbrook Research Pty Ltd | Mems fluid sensor |
| US7603898B2 (en) * | 2007-12-19 | 2009-10-20 | Honeywell International Inc. | MEMS structure for flow sensor |
| DE102015110711A1 (de) * | 2015-07-02 | 2017-01-05 | Endress+Hauser Flowtec Ag | MEMS Sensor zu Messung mindestens einer Messgröße eines strömenden Fluids |
| GB2542801A (en) * | 2015-09-30 | 2017-04-05 | Cambridge Cmos Sensors Ltd | Micro gas sensor with a gas permeable region |
| US10480974B2 (en) * | 2015-10-05 | 2019-11-19 | Siargo Ltd. | Composite MEMS flow sensor on silicon-on-insulator device and method of making the same |
| CN111220224B (zh) * | 2018-11-26 | 2021-07-13 | 苏州原位芯片科技有限责任公司 | 一种mems流量传感器芯片 |
-
2022
- 2022-11-09 CN CN202211397376.1A patent/CN115655393B/zh active Active
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN115655393A (zh) | 2023-01-31 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| TWI658986B (zh) | Ｍｅｍｓ裝置與製程 | |
| EP0872153B1 (en) | Micromechanical microphone | |
| CN101644718B (zh) | 一种带声学腔的电容式加速度传感器 | |
| US6151967A (en) | Wide dynamic range capacitive transducer | |
| US7493821B2 (en) | Micromachined acoustic transducer and method of operating the same | |
| CN115655393B (zh) | Mems气流传感器 | |
| US6753583B2 (en) | Electrostatic electroacoustical transducer | |
| US11611835B2 (en) | Combined corrugated piezoelectric microphone and corrugated piezoelectric vibration sensor | |
| US11317184B2 (en) | Vibration sensor and audio device | |
| US20180007474A1 (en) | Mems devices and processes | |
| CN115119120A (zh) | Mems管芯和基于mems的传感器 | |
| CN217445523U (zh) | 双振膜mems声音感测芯片 | |
| CN114323408A (zh) | 多量程多灵敏度压力mems芯片 | |
| CN115479582B (zh) | 一种用于导航的气压高度计 | |
| KR101417018B1 (ko) | 마이크로폰 및 그의 제조 방법 | |
| CN210579224U (zh) | 硅麦克风 | |
| CN115900924A (zh) | 一种水听器离散梁膜融合声敏感芯片的过载或干扰信号释放及离散电容的增敏设计方法 | |
| CN110260971B (zh) | 一种声压信号放大结构 | |
| JPH10170375A (ja) | 圧力・振動検知装置 | |
| JPH0627130A (ja) | 回転センサ | |
| JP3024558B2 (ja) | 圧力・振動検知装置 | |
| US20240284122A1 (en) | Mems microphone | |
| JP3070491B2 (ja) | 感圧感震装置 | |
| CN113810823A (zh) | 一种频响可调的微型声压放大结构 | |
| CN117177156A (zh) | 双振膜mems声音感测芯片 |
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 | ||
| TR01 | Transfer of patent right | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20240410 Address after: 518000 Room 601, building 1, deyongjia Industrial Park, guangqiao Road, yuliv community, Yutang street, Guangming District, Shenzhen, Guangdong Province Patentee after: SHENZHEN HAIPAI TECHNOLOGY Co.,Ltd. Country or region after: China Address before: 410000 1 South Foot Road, Yuelu District, Changsha, Hunan Patentee before: HUNAN University Country or region before: China |