CN209656199U - 多档位输出压差传感器 - Google Patents

Abstract

本实用新型实施例公开了多档位输出压差传感器，用于实现多档位压差检测。实施例可包括：微机电系统MEMS膜片、金属极片、第一检测芯片及主控芯片；其中，MEMS膜片与金属极片分别作为电容的一极，组成目标电容；金属极片上设有开孔，当检测点由于吸气动作或出气动作引起气流流动时，金属极片上的开孔用于导通流动的气流至MEMS膜片的一面，MEMS膜片的另一面与空气连通；当目标电容接入导通电路，MEMS膜片在两面气压差的作用下使得MEMS膜片发生形变时，第一检测芯片用于检测MEMS膜片相关的电信号的当前值，并将当前值发送给主控芯片；主控芯片根据预设的映射关系输出当前值对应的输出信号，主控芯片中预设有至少两种取值范围内的电信号与输出值的映射关系。

Description

多档位输出压差传感器

技术领域

本实用新型涉及传感器技术领域，尤其涉及多档位输出压差传感器。

背景技术

现阶段气压传感器，预设有基准信号值，将检测到的信号与对应的基准信号值进行比较，根据比较的结果输出为0/1两种状态信号，0代表无压力变化或变化幅值未超出范围，1代表有压力变化或变化幅值超出范围。

在实际运用中，当需要精确划分气压变化的范围时，现有方案往往是通过设置多个气压传感器，每个气压传感器设置不同的基准信号值，以此实现气压变化的范围的精确检测。多个气压传感器，不仅会增加硬件成本，导致产品体积的增加，不利于产品的小型化需求，也会导致检测电路的复杂化，开发和运维成本增加。

实用新型内容

本实用新型实施例提供了一种多档位输出压差传感器，用于实现多档位压差检测。

本实用新型实施例第一方面提供了一种多档位输出压差传感器，其包括:

微机电系统MEMS膜片、金属极片、第一检测芯片及主控芯片；

其中，所述MEMS膜片与所述金属极片分别作为电容的一极，组成目标电容；

所述金属极片上设有开孔，当检测点由于吸气动作或出气动作引起气流流动时，所述金属极片上的开孔用于导通流动的气流至所述MEMS膜片的一面，所述MEMS膜片的另一面与空气连通；

当所述目标电容接入导通电路，所述MEMS膜片在两面气压差的作用下使得所述MEMS膜片发生形变时，所述第一检测芯片用于检测所述MEMS膜片相关的电信号的当前值，并将所述当前值发送给主控芯片；

所述主控芯片根据预设的映射关系输出所述当前值对应的输出信号，所述主控芯片中预设有至少两种取值范围内的电信号与输出值的映射关系。

可选的，作为一种可能的实施方式，本实用新型实施例中，所述第一检测芯片为基于I2C总线协议的集成芯片，所述第一检测芯片的内部寄存器中设有第一阈值范围，当所述当前值不处于所述第一阈值范围时输出中断信号，以控制与所述多档位输出压差传感器连接的雾化器的开关状态。

可选的，作为一种可能的实施方式，本实用新型实施例中，所述检测所述MEMS膜片相关的电信号，包括：检测所述MEMS膜片的电阻值或检测所述目标电容的电容值。

可选的，作为一种可能的实施方式，本实用新型实施例中，所述输出信号用于控制与所述多档位输出压差传感器连接的雾化器的功率输出。

可选的，作为一种可能的实施方式，本实用新型实施例中，所述输出信号用于控制显示装置显示所述检测点的当前状态信息。

本实用新型实施例第二方面提供了一种多档位输出压差传感器，其包括:

微机电系统MEMS膜片、金属极片及第二检测芯片；

其中，所述MEMS膜片与所述金属极片分别作为电容的一极，组成目标电容；

所述金属极片上设有开孔，当检测点由于吸气动作或出气动作引起气流流动时，所述金属极片上的开孔用于导通流动的气流至所述MEMS膜片的一面，所述MEMS膜片的另一面与空气连通；

当所述目标电容接入导通电路，所述MEMS膜片在两面气压差的作用下使得所述MEMS膜片发生形变时，所述第二检测芯片用于检测所述MEMS膜片相关的电信号的当前值，并根据预设的映射关系控制所述第二检测芯片的两个输出引脚输出对应的输出信号，所述第二检测芯片中预设有至少两种取值范围内的电信号与输出值的映射关系。

可选的，作为一种可能的实施方式，本实用新型实施例中，所述第二检测芯片的内部寄存器中设有第二阈值范围，当所述当前值不处于所述第二阈值范围时输出中断信号，以控制与所述多档位输出压差传感器连接的雾化器的开关状态。

可选的，作为一种可能的实施方式，本实用新型实施例中，所述检测所述MEMS膜片相关的电信号，包括：检测所述MEMS膜片的电阻值或检测所述目标电容的电容值。

可选的，作为一种可能的实施方式，本实用新型实施例中，所述输出信号用于控制与所述多档位输出压差传感器连接的雾化器的功率输出。

可选的，作为一种可能的实施方式，本实用新型实施例中，所述输出信号用于控制显示装置显示所述检测点的当前状态信息。

从以上技术方案可以看出，本实用新型实施例具有以下优点：

本实用新型实施例中多档位输出压差传感器中的主控芯片或第二检测芯片中预设有至少两种取值范围内的电信号与输出值的映射关系，可以根据预设的映射关系输出所述当前值对应的输出信号，实现了多档位压差检测。其次，采用MEMS膜作为压差传感器中电容的一极，由于MEMS膜相对于现有的PPS膜片具有耐高温及高灵敏度的特性可以将压差传感器产品尺寸做得更小的同时，还可以贴片过炉，从而更好的适合生产，增加生产可靠性以及产品的一致性。再次，本实用新型实施例中的多档位输出压差传感器中的MEMS膜片的一面直接与空气连通无需额外的硬件进行气压校准，结构简单节约硬件成本。

附图说明

图1为本实用新型实施例中一种多档位输出压差传感器的结构示意图；

图2为本实用新型实施例中一种多档位输出压差传感器的中存在压差时的结构示意图；

图3为本实用新型实施例中一种多档位输出压差传感器的部分检测电路的一个示意图；

图4为本实用新型实施例中一种多档位输出压差传感器的部分检测电路的另一个示意图。

具体实施方式

本实用新型实施例提供了一种多档位输出压差传感器，用于实现多档位压差检测。

为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型方案，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本实用新型保护的范围。

本实用新型的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的实施例能够以除了在这里图示或描述的内容以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

微机电系统(MEMS,Micro-Electro-Mechanical System)，也叫做微电子机械系统、微系统、微机械等，指尺寸在几毫米乃至更小的高科技装置。微机电系统其内部结构一般在微米甚至纳米量级，是一个独立的智能系统。微机电系统是在微电子技术(半导体制造技术)基础上发展起来的，融合了光刻、腐蚀、薄膜、LIGA、硅微加工、非硅微加工和精密机械加工等技术制作的高科技电子机械器件。

现阶段压差传感器产品最小封装为φ4。尺寸无法做得更小，主要原因是现有压差传感器使用的是PPS膜等材料，在小尺寸上灵敏度不够，且传感器在生产过程中，如果需要贴片过炉，容易出现产品不良。本实用新型实施例中使用微机电系统MEMS膜片后，可以将压差传感器产品尺寸做得更小的同时，还可以贴片过炉，从而更好的适合生产，增加生产可靠性以及产品的一致性。

其次，现阶段压差传感器，主要以侦测大气压绝对值为准，主要问题在于工作时需要用到2个气压传感器，一个用于实时校准环境大气压值(例如海拔高或者低的环境，大气压值会有差异)，另外一个用于检测使用者抽吸时的气压值，再与校准的值做比较。方案结构复杂，且成本较高，同时误操作高，算法也更为复杂。本实用新型实施例中的压差传感器直接检测MEMS膜片两面的压差形变导致的电信号变化，并根据预设的映射关系输出相关的电信号当前值对应的输出信号，实现了多档位压差检测。

为了便于理解，下面对本实用新型实施例中的具体流程进行描述，请参阅图1，本实用新型实施例中一种多档位输出压差传感器的一个实施例可包括：

微机电系统MEMS膜片、金属极片、第一检测芯片及主控芯片；

其中，所述MEMS膜片与所述金属极片分别作为电容的一极，组成目标电容；

所述金属极片上设有开孔，当检测点由于吸气动作或出气动作引起气流流动时，所述金属极片上的开孔用于导通流动的气流至所述MEMS膜片的一面，所述MEMS膜片的另一面与空气连通；

当所述目标电容接入导通电路，所述MEMS膜片在两面气压差的作用下使得所述MEMS膜片发生形变时，所述第一检测芯片用于检测所述MEMS膜片相关的电信号的当前值，并将所述当前值发送给主控芯片；

所述主控芯片根据预设的映射关系输出所述当前值对应的输出信号，所述主控芯片中预设有至少两种取值范围内的电信号与输出值的映射关系。

本实用新型实施例中多档位输出压差传感器中的主控芯片中预设有至少两种取值范围内的电信号与输出值的映射关系，可以根据预设的映射关系输出所述当前值对应的输出信号，实现了多档位压差检测。其次，采用MEMS膜作为压差传感器中电容的一极，由于MEMS膜相对于现有的PPS膜片具有耐高温及高灵敏度的特性可以将压差传感器产品尺寸做得更小的同时，还可以贴片过炉，从而更好的适合生产，增加生产可靠性以及产品的一致性。再次，本实用新型实施例中的多档位输出压差传感器中的MEMS膜片的一面直接与空气连通无需额外的硬件进行气压校准，结构简单节约硬件成本。

部分检测电路如图3所示，仅以检测目标电容的电容值为例进行说明，当处于工作状态时，检测点由于吸气动作或出气动作引起气流流动，流动的气流通过金属极片上的开孔用于导通至MEMS膜片的一面，导致该面的气压变化，而MEMS膜片的另一面与空气连通并未发生气压变化，进而MEMS膜片的正反两面存在气压差，在气压差的作用下MEMS膜片发生形变(如图2所示)，目标电容的电容值会发生变化，第一检测芯片(图1中以ASIC表示)可以检测目标电容的当前值，并将所述当前电容值发送给主控芯片，主控芯片中预设有至少两种取值范围内的电信号与输出值的映射关系，主控芯片根据预设的映射关系输出所述当前值对应的输出信号，实现多档位压差检测。

可以理解的是，图1及图2中所示的多档位输出压差传感器的结构仅仅是示例性的，图1及图2中所示的垫片及基板(用于为第一检测芯片提供电源及输入信号)可以根据实际需求进行合理的设置或撤销，例如垫片及基板可以设置于多档位输出压差传感器的本体，也可以设置于多档位输出压差传感器的本体之外，当需要使用时根据需求在本体之外进行合理的配置，具体此处不做限定。

实际运用中MEMS膜上面还可以设有压力电阻材料，当MEMS膜发生形变的时候，电阻材料会发生形变，从而导致MEMS膜本身的电阻值变化。可以理解的是，实际运用中还可以检测MEMS膜的电阻值，主控芯片根据预设的映射关系输出当前电阻值对应的输出信号，实现多档位压差检测。

可以理解的是，图3所示的第一检测芯片的功能引脚(图1中以ASIC表示)仅仅是示例性的，实际运用中还可以使用其他可以实现电容值或电阻值检测功能的芯片替换第一检测芯片，具体的第一检测芯片类型此处不做限定。

为了便于理解，本实用新型实施例中仅以基于I2C总线协议的集成芯片为例进行说明，如图3所示的检测电路中，SDA为数据输出引脚每次传输8bit，SCL为高电平时，SDA由高电平向低电平跳变，开始传送数据；SCL为高电平时，SDA由低电平向高电平跳变，结束传送数据。

基本原理：ASIC会通过MEMS膜采集形变产生的电信号变化量，再通过内部的8bitADC转换，得到对应形变的准确的ADC值A1。

主控芯片可通过ASIC自带的I2C引脚实时读取SDA引脚的ADC值A1，再原先设计好的区间进行判断，从而确定后续装置需要进行的动作，例如不同功率动作或者不同负压状态指示。使用者亦可使用中断模式，在ASIC内部寄存器提前写入预设阈值D0，当ASIC检测出ADC值A1超出预设阈值D0，则ASIC的INT引脚会输出中断电平，通知使用者从原先待机状态进入工作模式，例如，控制与所述多档位输出压差传感器连接的雾化器的开关状态；或者通知使用者进行I2C读取数据当前A1值，并通过A1的数据大小对应执行预设的操作。

示例性的，主控芯片读取A1后可具体实现案例如下：

在主控芯片中存有使用者原先设定的数组：

{D0，D1，D2，D3，D4，D5....}

(1)当D0<A1<D1时，可对应输出状态1，例如第一档位的负压指示。

(2)当D1<A1<D2时，可对应输出状态2，例如第二档位的负压指示。

(3)当D2<A1<D3时，可对应输出状态3，例如第三档位的负压指示。

以此类推，可通过此主控芯片，获得多种负压状态，从而实现例如雾化器的不同功率输出或者不同状态显示。也可以自己设定数组的区间，从而灵活选择档位数量以适应所需负压区间状态的指示，例如控制显示装置显示所述检测点的当前状态信息。可以理解的是，显示装置可以是带有显示屏的设备，也可以是带有指示灯(指示灯附近区域可以有对应的状态指示信息)的设备，上述档位的划分仅仅是示例性的,实际运用中还可以根据用户的需求进行合理的设置，具体此处不做限定。

上述图3所示的部分检测电路中，需要在第一检测芯片之外配合主控芯片才能实现多档位压差检测。实际运用中还可以无需设置主控芯片。请参阅图1、图2及图4，本实用新型实施例中还提供了一种多档位输出压差传感器，包括：微机电系统MEMS膜片、金属极片及第二检测芯片；

其中，所述MEMS膜片与所述金属极片分别作为电容的一极，组成目标电容；

所述金属极片上设有开孔，当检测点由于吸气动作或出气动作引起气流流动时，所述金属极片上的开孔用于导通流动的气流至所述MEMS膜片的一面，所述MEMS膜片的另一面与空气连通；

当所述目标电容接入导通电路，所述MEMS膜片在两面气压差的作用下使得所述MEMS膜片发生形变时，所述第二检测芯片用于检测所述MEMS膜片相关的电信号的当前值，并根据预设的映射关系控制所述第二检测芯片的两个输出引脚输出对应的输出信号，所述第二检测芯片中预设有至少两种取值范围内的电信号与输出值的映射关系。

部分检测电路如图4所示，仅以检测目标电容的电容值为例进行说明，当处于工作状态时，检测点由于吸气动作或出气动作引起气流流动，流动的气流通过金属极片上的开孔用于导通至MEMS膜片的一面，导致该面的气压变化，而MEMS膜片的另一面与空气连通并未发生气压变化，进而MEMS膜片的正反两面存在气压差，在气压差的作用下MEMS膜片发生形变(如图2所示)，目标电容的电容值会发生变化，第二检测芯片(图1中以ASIC表示)可以检测目标电容的当前值，所述第二检测芯片中预设有至少两种取值范围内的电信号与输出值的映射关系，第二检测芯片可以根据预设的映射关系控制所述第二检测芯片的两个输出引脚输出对应的输出信号，实现多档位压差检测。

具体的，第二检测芯片(图中以ASIC标识)可以在本身出厂前已经提前设置好初始阈值D0，D1，D2，D3，其中D0<D1<D2<D3。当ASIC侦测到电容值A1大于D0，则OUT脚输出开关量信号，通知使用者从原先待机状态进入工作模式(例如输出高电平控制与所述多档位输出压差传感器连接的雾化器的开关状态)，或者通知使用者进行P0、P1两个引脚状态判断。P0，P1两个引脚由ASIC侦测到A1的值与D0、D1、D2、D3进行对比后获得，具体判断逻辑可以参照如下表一：

表一

本实用新型实施例中多档位输出压差传感器中的第二检测芯片中预设有至少两种取值范围内的电信号与输出值的映射关系，可以根据预设的映射关系输出所述当前值对应的输出信号，实现了多档位压差检测。其次，采用MEMS膜作为压差传感器中电容的一极，由于MEMS膜相对于现有的PPS膜片具有耐高温及高灵敏度的特性可以将压差传感器产品尺寸做得更小,同时还可以贴片过炉，从而更好的适合生产，增加生产可靠性以及产品的一致性。再次，本实用新型实施例中的多档位输出压差传感器中的MEMS膜片的一面直接与空气连通无需额外的硬件进行气压校准，结构简单节约硬件成本。

可以理解的是，图1及图2中所示的多档位输出压差传感器的结构仅仅是示例性的，图1及图2中所示的垫片及基板(用于为第二检测芯片提供电源及输入信号)可以根据实际需求进行合理的设置或撤销，例如可以设置于多档位输出压差传感器的本体，也可以设置于多档位输出压差传感器的本体之外，当需要使用时根据需求在本体之外进行合理的配置，具体此处不做限定。

实际运用中MEMS膜上面有压力电阻材料，当MEMS膜发生形变的时候，电阻材料会发生形变，从而导致MEMS膜本身的电阻值变化。可以理解的是，实际运用中还可以检测MEMS膜的电阻值，主控芯片根据预设的映射关系输出所述当前电阻值对应的输出信号，实现多档位压差检测。

可以理解的是，图4所示的第二检测芯片的功能引脚(图1中以ASIC表示)仅仅是示例性的，实际运用中还可以使用其他可以实现电容值或电阻值检测功能以及双引脚输出的芯片替换第二检测芯片，具体的第二检测芯片类型此处不做限定。

基于上述图3或图4所示的多档位输出压差传感器装置都可获得不同的负压档位信息，在实际产品使用中，例如电子烟的产品，可通过此发明装置得到消费者不同力度的抽吸动作，从而实现不同功率的雾化或者加热。例如医疗的雾化器，可通过添加此发明装置，待患者抽吸后才进行雾化，避免雾化器一直处于雾化但病人并不在抽吸状态，从而浪费药物；且有了此装置后，产品开发者可通过设计不同的响应动作用以匹配患者的不同抽吸力度，例如小孩子做雾化，产品可设计可利用此装置检测到的不同吸力大小，从而实现不同数量的小星星闪烁或者不同的图案显示，增加小孩子雾化的乐趣，从而有效且顺利的将药物抽吸到体内。

以上所述，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例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；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种多档位输出压差传感器，其特征在于，包括:

微机电系统MEMS膜片、金属极片、第一检测芯片及主控芯片；

其中，所述MEMS膜片与所述金属极片分别作为电容的一极，组成目标电容；

所述金属极片上设有开孔，当检测点由于吸气动作或出气动作引起气流流动时，所述金属极片上的开孔用于导通流动的气流至所述MEMS膜片的一面，所述MEMS膜片的另一面与空气连通；

当所述目标电容接入导通电路时，所述第一检测芯片用于检测所述MEMS膜片相关的电信号的当前值，并将所述当前值发送给主控芯片；

所述主控芯片根据预设的映射关系输出所述当前值对应的输出信号，所述主控芯片中预设有至少两种取值范围内的电信号与输出值的映射关系。

2.根据权利要求1所述的多档位输出压差传感器，其特征在于，所述第一检测芯片为基于I2C总线协议的集成芯片，所述第一检测芯片的内部寄存器中设有第一阈值范围，当所述当前值不处于所述第一阈值范围时输出中断信号，以控制与所述多档位输出压差传感器连接的雾化器的开关状态。

3.根据权利要求1至2中任一项所述的多档位输出压差传感器，其特征在于，所述检测所述MEMS膜片相关的电信号，包括：检测所述MEMS膜片的电阻值或检测所述目标电容的电容值。

4.根据权利要求3所述的多档位输出压差传感器，其特征在于，所述多档位输出压差传感器与雾化器连接，所述输出信号用于控制与所述多档位输出压差传感器连接的雾化器的功率输出。

5.根据权利要求3所述的多档位输出压差传感器，其特征在于，所述多档位输出压差传感器与显示装置连接，所述输出信号用于控制显示装置显示所述检测点的当前状态信息。

6.一种多档位输出压差传感器，其特征在于，包括:

微机电系统MEMS膜片、金属极片及第二检测芯片；

其中，所述MEMS膜片与所述金属极片分别作为电容的一极，组成目标电容；

所述金属极片上设有开孔，当检测点由于吸气动作或出气动作引起气流流动时，所述金属极片上的开孔用于导通流动的气流至所述MEMS膜片的一面，所述MEMS膜片的另一面与空气连通；

当所述目标电容接入导通电路时，所述第二检测芯片用于检测所述MEMS膜片相关的电信号的当前值，并根据预设的映射关系控制所述第二检测芯片的两个输出引脚输出对应的输出信号，所述第二检测芯片中预设有至少两种取值范围内的电信号与输出值的映射关系。

7.根据权利要求6所述的多档位输出压差传感器，其特征在于，所述第二检测芯片的内部寄存器中设有第二阈值范围，当所述当前值不处于所述第二阈值范围时输出中断信号，以控制与所述多档位输出压差传感器连接的雾化器的开关状态。

8.根据权利要求6至7中任一项所述的多档位输出压差传感器，其特征在于，所述检测所述MEMS膜片相关的电信号，包括：检测所述MEMS膜片的电阻值或检测所述目标电容的电容值。

9.根据权利要求8所述的多档位输出压差传感器，其特征在于，所述多档位输出压差传感器与雾化器连接，所述输出信号用于控制与所述多档位输出压差传感器连接的雾化器的功率输出。

10.根据权利要求8所述的多档位输出压差传感器，其特征在于，所述多档位输出压差传感器与显示装置连接，所述输出信号用于控制显示装置显示所述检测点的当前状态信息。