CN207832354U - 一种一体式三梁石英音叉谐振力敏单元 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种一体式三梁石英音叉谐振力敏单元，其中一体式石英三梁力敏单元包括三梁音叉，三梁音叉包括第一叉指、第二叉指和第三叉指；第一叉指、第二叉指和第三叉指的两端分别连接在凸台上，然后凸台与基座相连接；第一叉指、第二叉指和第三叉指工作在面内弯曲振动模态，谐振频率对轴向拉应力、压应力敏感。该一体式三梁石英音叉谐振力敏单元能够有效的避免音叉叉指振动产生的扭力作用外，同时凸台的设计有助于弱化基座的强固定导致波反射产生寄生干扰，从而提升部件的品质因数。

Description

一种一体式三梁石英音叉谐振力敏单元

技术领域

本实用新型涉及一种传感器检测领域，特别涉及一种一体式三梁石英音叉谐振力敏单元。

背景技术

石英双端固定音叉，是一种基于面内弯曲振动模态的力频谐振器，其结构为两个固定端之间连接有两个音叉叉指，构成双梁音叉结构。由于谐振器的两根梁以180度的相位差反向振动。利用石英晶体本身的压电效应，不需要加额外的装置，就可以激励和检测双梁的振动频率。该石英双端固定音叉，具有直接输出数字信号、温度特性稳定、动态范围广、灵敏度高、可以批量生产等优点，广泛应用于加速度传感器和陀螺仪的转换元件中。当石英双端固定音叉用作为力传感器时，其原理是通过结构把被测的外力施加到振动梁上，引起振梁谐振频率的变化，检测出该频率就可以计算出相应的外力大小。但是由于这样的结构无法避免振梁连接处的固定端部分产生的力矩，导致振动能量的损失，从而降低了力敏单元的品质因数。

因此本实用新型提出全石英一体式三梁结构的力敏单元，该结构有着双梁结构同样的工作特性外同时可以很好的解决振梁扭力的存在达到更好的平衡，提升器件的品质因数，保证灵敏度的情况下，量程提高10倍以上。

实用新型内容

本实用新型的发明目的在于克服现有技术中所存在的现有双梁石英音叉谐振元件的音叉叉指无法避免的扭力作用外，同时双梁石英音叉谐振元件的音叉叉指在振动时受到固定块部分的强固定导致波容易反射产生寄生干扰，从而显现出部件的品质因数下降等上述不足，提供一种一体式三梁结构的压电石英力敏单元。

为了实现上述目的，本实用新型提供了以下技术方案。

一种一体式三梁石英音叉谐振力敏单元，包括三梁音叉，所述三梁音叉包括第一叉指、第二叉指和第三音叉，所述第一叉指、第二叉指和第三音叉的两端分别连接在凸台上；所述第一叉指、第二叉指和第三音叉表面均涂覆有电极区；所述第一叉指、第二叉指和第三音叉工作在面内弯曲振动模态，谐振频率对轴向拉应力、压应力敏感；所述三梁音叉、凸台和底座均为一体成型石英结构体。

本实用新型所述一种一体式三梁石英音叉谐振力敏单元，采用施力结构件、第一音叉、第二音叉、第三音叉和凸台及底座均为微机工艺一体成型，且为石英结构体，第一音叉、第二音叉和第三音叉平行的连接在凸台上。该谐振敏感元件在使用时，只需要通过施力结构件进行力的输入，引起第一音叉、第二音叉和第三音叉的三梁变形，可通过频率检测电路将第一音叉、第二音叉和第三音叉串联形成回路将谐振频率分别输出，将外力转换为电信号，从而完成对力的数字化感应与测量；另外，由于该一体式三梁石英音叉谐振力敏单元是通过检测三个音叉的谐振频率差值来得到力的测量，能够有效减小梁与梁之间的振动干扰和扭力的干扰，进而影响对力的检测精度和分辨率，能够提高检测的稳定性，该谐振敏感元件具有频率输出、体积小、敏感度高以及品质因数高等优点。

作为本实用新型的优选方案，所述第一叉指、第二叉指和第三音叉相互平行设置在施力结构件上，便于提高检测精度。

作为本实用新型的优选方案，所述第一叉指、第二叉指的宽度相同，二者的宽度为第三叉指宽度的一半。这样形成了振动平衡状态有助于消除双叉指件的扭力作用，提高单元的品质因数。

作为本实用新型的优选方案，所述第一叉指、第二叉指和第三叉指相互平行设置在所述凸台上。该凸台的设计有助于弱化基座的强连接，有助于降低叉指根部对梁的振动反射从而形成寄生振动，降低力敏单元的品质因数。

作为本实用新型的优选方案，三梁力敏单元采用一体式结构。

综上所述，与现有技术相比，本实用新型的有益效果是。

1、本实用新型所述一种一体式三梁石英音叉谐振力敏单元，采用第一音叉、第二音叉、第三叉指、凸台和底座均为微机工艺一体成型，且为石英结构体。其中第一叉指、第二叉指的宽度相同，二者的宽度为第三叉指宽度的一半。这样形成了振动平衡状态有助于消除双叉指件的扭力作用，提高单元的品质因数。

2、本实用新型所述一种一体式三梁石英音叉谐振力敏单元，在第一叉指、第二叉指和第三叉指相互平行设置在所述两端凸台上而不是直接与基座连接。该凸台的设计有助于弱化基座的强连接，有助于降低叉指根部对梁的振动反射抑制寄生振动的干扰，有助于提升力敏单元的品质因数。

附图说明。

图1为本实用新型所述一种一体式三梁石英音叉谐振力敏单元的结构示意图。

图2为图1中三梁音叉工作在面内弯曲振动模态的示意图。

图中标记：

1、音叉，11、第一叉指，12、第二叉指，13、第三叉指，2、槽，21、槽一，22、槽二，3、凸台，4、基座。

具体实施方式

下面结合试验例及具体实施方式对本实用新型作进一步的详细描述。但不应将此理解为本实用新型上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本实用新型内容所实现的技术均属于本实用新型的范围。

实施例

如图1所示，一种一体式三梁石英音叉谐振力敏单元，包括三梁音叉1，凸台3和基座4。三梁音叉1包括第一叉指11、第二叉指12和第三叉指13，第一叉指11、第二叉指12和第三叉指13的两端分别连接在凸台3和基座4上；第一叉指11、第二叉指12和第三叉指13工作在面内弯曲振动模态，谐振频率对轴向拉应力、压应力敏感；三梁音叉1、凸台3、和基座4均为一体成型石英结构体。

如图2所示，该一体式石英三梁音叉谐振力敏单元梁的振动方法沿梁的长度方向传播，为了防止三个音叉的振动模态互相干扰，凸台的宽度尺寸大于3个叉指和2个槽的宽度。（即第一叉指11、第二叉指12、第三叉指13和第一槽21及第二槽22）的尺寸。另外，基座4与音叉1直接通过凸台3连接，该凸台的设计有助于弱化基座的强连接，有助于降低叉指根部对梁的振动反射抑制寄生振动的干扰，有助于提升力敏单元的品质因数。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种一体式三梁石英音叉谐振力敏单元，包括三梁音叉(1)，所述三梁音叉(1)包括第一叉指(11)、第二叉指(12)和第三叉指(13)，其特征在于，所述第一叉指(11)、第二叉指(12)和第三叉指(13)的两端分别连接在凸台(3)上；所述第一叉指(11)、第二叉指(12)和第三叉指(13)表面均涂覆有电极区；所述第一叉指(11)、第二叉指(12)和第三叉指(13)工作在面内弯曲振动模态，谐振频率对轴向拉应力、压应力敏感；所述三梁音叉(1)、凸台(3)、底座(4)均为一体成型石英结构体。

2.根据权利要求1所述的一种一体式三梁石英音叉谐振力敏单元，其特征在于，所述第一叉指(11)、第二叉指(12)和第三叉指(13)相互平行设置在所述凸台(3)上。

3.根据权利要求2所述的一种一体式三梁石英音叉谐振力敏单元，其特征在于，所述第一叉指(11)和第二叉指(12)的宽度是第三叉指(13)的一半。

4.根据权利要求1所述的一种一体式三梁石英音叉谐振力敏单元，其特征在于，所述第一叉指(11)、第二叉指(12)和第三叉指(13)的宽度尺寸外加槽一(21)和槽二(22)的总宽度小于等于凸台(3)的宽度尺寸。

5.根据权利要求1所述的一种一体式三梁石英音叉谐振力敏单元，其特征在于，所述三梁音叉(1)、凸台(3)、底座(4)均为微机工艺一体成型，且为石英结构体。