CN210513400U - 一种振动感测装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种振动感测装置，包括壳体，弹性元件，质量元件以及振动传感器；在所述壳体的内部形成腔体，在所述壳体上设置有泄气口，所述泄气口被构造为：在对振动感测装置进行组装时为敞开状态，在振动感测装置组装结束后为封闭状态；所述弹性元件设置在所述腔体内；所述质量元件通过所述弹性元件悬置在所述腔体内，并能随所述弹性元件一起在所述腔体内移动，以改变所述腔体内的压强；所述振动传感器与所述腔体连通，所述振动传感器被构造为：用于感测所述腔体内的压强或者所述腔体内不同区域的压强差。本实用新型的一个技术效果为：有助于提高产品的性能和延长产品的使用寿命。
Description
技术领域
本实用新型涉及振动感测技术领域，更具体地，本实用新型涉及一种振动感测装置。
背景技术
现有的振动感测装置通常包括壳体以及设置在壳体内的质量块。质量块通过振膜悬置在壳体的内部。壳体具有敞开端。振动传感器的基板密封连接在敞开端。在基板的与壳体相对的一侧设置有MEMS芯片、ASIC芯片，还包括设置在MEMS芯片和ASIC芯片外的外壳。基板上具有连通孔。MEMS芯片通过连通孔与壳体的内腔连通。
在工作时，振动感测装置被固定在待测量设备上。在该设备工作时，振动传递到壳体上，带动壳体发声振动。由于质量块具有设定的质量，并且振膜具有弹性，故质量块会相对于壳体发生振动。该质量块的振动使得振膜两侧的腔室的容积发生变化。由于内腔是密闭的，故会导致腔室内的容积发生变化，腔室内的压强随之发生变化。当MEMS芯片感测到压强的变化会产生相应的电信号。该电信号经ASIC芯片放大后传输至外部电路。外部电路采集该电信号。然而，现有的振动感测装置通常仅能感测一个腔室的压强变化，感测灵敏度是比较低的。
并且，现有的振动感测装置在进行组装的过程中，很有必要在壳体上开设泄气口，可以在回流焊接时保持内外压力平衡，从而避免产品受到损伤。而在组装完成后，壳体上的泄气口若依然存，就会给产品带来一定的问题，例如，非常容易造成外界的灰尘、粉尘、水、油污等经泄气口进入到壳体的内部，这样会对产品的性能造成很大的影响，还会降低产品的使用寿命。特别是在真空度较低时，会导致产品的性能大幅度下降。
因此，需要提供一种新的技术方案，以解决上述技术问题。
实用新型内容
本实用新型的一个目的是提供一种振动感测装置的新技术方案。
根据本实用新型的一个方面，提供一种振动感测装置，包括：
壳体，在所述壳体的内部形成腔体，在所述壳体上设置有泄气口，所述泄气口被构造为：在对振动感测装置进行组装时为敞开状态，在振动感测装置组装结束后为封闭状态；
弹性元件，所述弹性元件设置在所述腔体内；
质量元件，所述质量元件通过所述弹性元件悬置在所述腔体内，并能随所述弹性元件一起在所述腔体内移动，以改变所述腔体内的压强；以及振动传感器，所述振动传感器与所述腔体连通，所述振动传感器被构造为：用于感测所述腔体内的压强或者所述腔体内不同区域的压强差。
可选地，所述在振动感测装置组装结束后，采用胶体将所述泄气口进行封堵。
可选地，所述在振动感测装置组装结束后，采用塑封的方式在所述泄气口的位置形成塑封层。
可选地，所述塑封层还覆盖在所述壳体和所述振动传感器的外侧。
可选地，所述振动传感器包括由基板和外壳形成的具有容纳腔的封装结构，以及收容在所述容纳腔内且固定设置在所述基板上的MEMS芯片和ASIC芯片；
所述壳体具有敞开端，所述基板密封连接在所述壳体的敞开端，所述基板上设置有将所述MEMS芯片的背腔与所述腔体连通的通孔，所述MEMS芯片和所述ASIC芯片连接。
可选地，所述外壳包括围绕所述MEMS芯片和所述ASIC芯片设置的侧壁，以及与所述基板相对的底板；
在所述侧壁内设置有金属化通孔，在所述底板上设置有焊盘，所述焊盘与所述ASIC芯片通过所述金属化通孔电连接。
可选地，所述焊盘为多个。
可选地，所述MEMS芯片包括衬底和感应膜，所述衬底为中空结构；
所述感应膜设置在所述衬底的一端并覆盖所述中空结构，所述中空结构形成所述背腔，所述衬底的另一端与所述基板固定连接；
在所述感应膜上设置有第一透气微孔。
可选地，所述质量元件贴合在所述弹性元件的表面上，在所述质量元件和所述弹性元件上共同设置有第二透气微孔。
可选地，所述弹性元件为弹性膜片。
本实用新型实施例提供的振动感测装置，在壳体上开设有泄气口，通过对泄气口的敞开和封闭的合理设置，既可以在组装阶段有效地平衡内外气压，也可以在使用阶段隔离产品内腔和外界环境，防止异物进入内腔，有助于提高产品的性能和延长产品的使用寿命。并且，该振动传感器还具有感测振动的灵敏度高的特点。
通过以下参照附图对本实用新型的示例性实施例的详细描述，本实用新型的其它特征及其优点将会变得清楚。
附图说明
构成说明书的一部分的附图描述了本实用新型的实施例，并且连同说明书一起用于解释本实用新型的原理。
图1是根据本公开的一个实施例的振动感测装置的结构示意图。
图2是根据本公开的一个实施例的另一种振动感测装置的结构示意图。
附图标记说明：
1：基板；101：通孔；2：外壳；201：底板；202：侧壁；203：容纳腔；3：MEMS芯片；301：感应膜；302：第一透气微孔；303：背腔；304：衬底；4：ASIC芯片；5：焊盘；6：壳体；601：第一腔室；602：第二腔室；603：泄气口；7：弹性元件；8：质量元件；9：第二透气微孔；10：塑封层；11：胶体。
具体实施方式
现在将参照附图来详细描述本实用新型的各种示例性实施例。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本实用新型的范围。
以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本实用新型及其应用或使用的任何限制。
对于相关领域普通技术人员已知的技术和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术和设备应当被视为说明书的一部分。
在这里示出和讨论的所有例子中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它例子可以具有不同的值。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
根据本实用新型的一个实施例，提供了一种振动感测装置。该振动感测装置可以为骨声纹传感装置、环境感测装置等。如图1和图2所示，该振动感测装置包括：壳体6、弹性元件7、质量元件8以及振动传感器。
壳体6具有敞开端。在壳体6的内部形成腔体。例如，壳体6的材质为金属、塑料或者PCB板等。壳体6的形状为圆柱状、长方体等。本领域技术人员可以根据实际需要灵活调整，对此不作限制。
并且，在壳体6上设置有泄气口603。该泄气口603例如呈环状结构。在振动感测装置的生产中，特别是在对振动感测装置进行组装的过程中，在壳体6上开设有泄气口603，此时，泄气口603应当处于敞开状态。究其原因在于：在对振动感测装置进行组装的过程中，通常需要涉及焊接工艺，而在焊接时腔体内部的气体会有压力的变化，此时若没有敞开的泄气口603就会造成腔体内部的压力不均匀的现象。即，将泄气口603敞开可以在焊接时保持腔体内外压力均匀，这样可以避免产品受到损伤，影响产品的品质。当对振动感测装置组装完毕后，特别是在使用该振动感测装置时，很有必要将该泄气口603封闭起来，以防止外界的灰尘、粉尘等颗粒物，或者水、油等进入到腔体内部，从而影响到产品的性能和使用寿命。但是，需要说明的是，将泄气口603封闭起来时，需要避免出现腔体内外气压相差过大的情况。例如，可以将腔体内的压强控制在0.01-10个大气压。
弹性元件7设置在腔体内。弹性元件7用于为质量元件8提供弹性回复力。弹性元件7例如可以为弹性膜片。当然，弹性元件7也可以为本领域技术人员熟知的其它弹性件，本实用新型对此不作限制。
在一个例子中，弹性元件7包括位于中部的弹性部以及围绕该弹性部设置的边缘部。弹性部能够发生弹性形变，从而提供弹性回复力。边缘部用于与壳体6的内壁连接。从而能将整个弹性元件7固定设置在腔体内。
质量元件8通过弹性元件7悬置在腔体内，并能够随弹性元件7一起在腔体内移动，以改变腔体内的压强。在一个例子中，质量元件8与弹性元件7的弹性部之间通过粘合剂连接，以使质量元件8牢固的贴合在弹性元件7的表面上。当然，质量元件8与弹性元件7之间也可以采用本领域技术人员熟知的其它方式结合在一起，对此不作限制。此外，质量元件8为预定重量的质量块，对于质量块的重量本领域技术人员可以根据需要灵活调整，对此不作限制。
如图1和2所示，质量元件8和弹性元件7连接在一起后，可以将壳体6内的腔体分隔为第一腔室601和第二腔室602两部分。其中，第一腔室601和第二腔室602均具有设定的容积。在两个腔室内密封预定压力的气体。气体例如可以为空气、氮气、惰性气体等，本领域技术人员可以根据需要灵活选择，对此不作限制。
在质量元件8和弹性元件7上共同设置有第二透气微孔9。第二透气微孔9的尺寸非常小，属于微米级。第二透气微孔9可供气流流过，使气流能穿过后经泄气口603排出，有助于平衡腔体内外气压。本领域技术人员可以根据需要对第二透气微孔9的设置数量和位置进行适当的调整，对此不作限制。
本实用新型中，振动传感器与壳体6内形成的腔体连通。振动传感器被构造为：用于感测腔体内的压强或者腔体内不同区域的压强差。例如，振动传感器能用于感测第一腔室601和第二腔室602的压强差。其中，振动传感器例如可以为电动式传感器、压电式传感器、涡流式传感器、电感式传感器、电容式传感器等，本领域技术人员可以根据需要灵活选择，对此不作限制。
本实用新型实施例提供的振动感测装置，能通过振动传感器获取第一腔室601和第二腔室602之间的压强差；以及通过压强差计算振动传感器所在位置的振动状态。
在使用时，该振动感测装置被安装在待检测物体上，例如，人的关节、机器人的关节等位置。待检测物体的振动会带动壳体6产生振动，由于质量元件8的惯性以及弹性元件7的弹性回复力的共同作用，故质量元件8会相对壳体6发生振动。质量元件8和弹性元件7的振动使得第一腔室601和第二腔室602的体积发生变化，由于两个腔室都是密闭的腔室，故第一腔室601和第二腔室602内的气体的压强会发生变化。
在该例子中，振动传感器感测第一腔室601和第二腔室602的压强差，并将压强差转换为电信号，例如电压信号、电流信号或者电容信号等。电信号经过计算从而得到待检测物体的振动状态。例如，振幅大小、振动频率等。
本实用新型实施例提供的振动感测装置，在壳体6上开设有泄气口603，通过对泄气口603的敞开和封闭的合理设置，既可以在组装阶段有效地平衡内外气压，也可以在使用阶段隔离产品内腔和外界环境，防止异物进入内腔，有助于提高产品的性能和延长产品的使用寿命。并且，本实用新型的发明人发现，在现有技术中，通常是仅在第一腔室601或者第二腔室603内设置振动传感器，此时仅感测一个腔室的压强变化来检测待检测物体的振动状态。而在本实用新型的实施例中，振动传感器可以对第一腔室601和第二腔室602的压强差进行感测，具有感测振动的灵敏度高的特点。
在一个例子中，如图1所示，在对壳体6上的泄气口603进行封闭时，可以采用塑封的方式。具体来说，采用塑封的方式在泄气口603的位置形成塑封层10。此时，该塑封层11直接覆盖在泄气口603上，用以将泄气口603完全封闭住。该设计可以起到防尘、防水、防油污的作用。
此外，需要说明的是，在本实施例中，可以只将泄气口603通过塑封的方式覆盖住，也可以将振动感测装置整体塑封。当对振动感测装置整体塑封时，形成的塑封层10覆盖在壳体6和振动传感器的外侧，塑封层10可以对振动感测装置整体进行防尘、防水以及防油污的保护。
在一个例子中，如图2所示，在对壳体6上的泄气口603进行封闭时，还可以采用胶体11将泄气口603进行封堵。即，采用堵孔的方式将泄气口603用胶体11封闭起来。其中，胶体11可以采用本领域熟知的胶材料。封堵住的泄气口603可以隔离壳体6的内腔与外界环境，从而能起到防尘、防水以及防油污的作用。
当泄气口603被封闭起来后，可以使振动感测装置能适用于各种大气环境中，适用范围较广。
本实用新型中，振动传感器与壳体6连接在一起。其中，壳体6呈皿状结构，其一端为敞开端，振动传感器连接在壳体6的敞开端，以将壳体6的敞开端封闭起来。
本实用新型的振动传感器，如图1和图2所示，其包括由基板1和外壳2形成的具有容纳腔203的封装结构，以及收容在该容纳腔203内且固定设置在基板1上的MEMS芯片3和ASIC芯片4。其中，基板1例如为PCB板。基板1密封连接在壳体6的敞开端。并且，在基板1上设置有通孔101，该通孔101用于将壳体6内的腔体与MEMS芯片3内的背腔303连通。在本实施例中，通孔101为圆孔、方孔等，本领域技术人员可以根据具体需要灵活调整，对此不作限制。在基板1上开设通孔101的难度小，易于加工。
MEMS芯片3包括衬底304以及感应膜301。衬底304为中空结构。感应膜301例如为压电元件、电容元件、压阻元件等。感应膜301设置在衬底304的一端，并覆盖中空结构。该中空结构形成背腔303。衬底304的另一端与基板1固定连接。感应膜301上设置有第一透气微孔302。
在对整个振动感测装置进行组装或者封装的过程中不可避免的要涉及焊接工艺，例如，将壳体6与基板1焊接，或者是，将外壳2与基板1焊接。而焊接过程中产生的气流会留存在腔体和容纳腔203内。为了便于这些气流从泄气口603排出，本实施例中在感应膜301上设置了第一透气微孔302，配合弹性元件7和质量元件8上的第二透气微孔9，可以使容纳腔203中气流顺利的流入到腔体内，最后由泄气口603顺利排出。
需要说明的是，第一透气微孔302的尺寸也非常小，也属于微米级。其中，第一透气微孔302可以根据需要设置为一个，也可以设置为多个，对此不作限制。此外，第一透气微孔302的尺寸可以与第二透气微孔9相同，也可以不同。
ASIC芯片4集成在基板1上。MEMS芯片3通过金属线与ASIC芯片4连接。ASIC芯片4通过金属线与基板1连接。ASIC芯片4可用于将MEMS芯片3采集到的信号进行放大处理。其中，ASIC芯片4还可以采用本领域技术人员熟知的其它信号放大器代替，本领域技术人员可以根据需要灵活选择。
外壳2与基板1固定连接，外壳2与基板1可以围成容纳腔203，容纳腔203可用于收容MEMS芯片3和ASIC芯片4。
在一个例子中，如图1和图2所示，外壳2的结构为：包括围绕MEMS芯片3和ASIC芯片4设置的侧壁202，以及与基板1相对的底板201。并且，在底板201的外侧设置有多个焊盘5。例如，焊盘5可以根据需要设置为三个，四个或者更多个。
底板201例如为电路板或者金属板等，对此不作限制。
在侧壁202内设置有金属化通孔，在底板201上设置有焊盘5，焊盘5与ASIC芯片4通过金属化通孔电连接。在使用时，直接将焊盘5与外部电路焊接即可。
此外，外壳2与基板1之间可以通过胶体粘接或者锡膏焊接结合固定在一起。同样地，基板1与壳体6之间也可以通过胶体粘接或者锡膏焊接结合固定在一起。本领域技术人员可以根据需要灵活选择，对此不作限制。
虽然已经通过示例对本实用新型的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上示例仅是为了进行说明，而不是为了限制本实用新型的范围。本领域的技术人员应该理解，可在不脱离本实用新型的范围和精神的情况下，对以上实施例进行修改。本实用新型的范围由所附权利要求来限定。
Claims (10)
1.一种振动感测装置，其特征在于：包括：
壳体，在所述壳体的内部形成腔体，在所述壳体上设置有泄气口，所述泄气口被构造为：在对振动感测装置进行组装时为敞开状态，在振动感测装置组装结束后为封闭状态；
弹性元件，所述弹性元件设置在所述腔体内；
质量元件，所述质量元件通过所述弹性元件悬置在所述腔体内，并能随所述弹性元件一起在所述腔体内移动，以改变所述腔体内的压强；以及
振动传感器，所述振动传感器与所述腔体连通，所述振动传感器被构造为：用于感测所述腔体内的压强或者所述腔体内不同区域的压强差。
2.根据权利要求1所述的振动感测装置，其特征在于：所述在振动感测装置组装结束后，采用胶体将所述泄气口进行封堵。
3.根据权利要求1所述的振动感测装置，其特征在于：所述在振动感测装置组装结束后，采用塑封的方式在所述泄气口的位置形成塑封层。
4.根据权利要求3所述的振动感测装置，其特征在于：所述塑封层还覆盖在所述壳体和所述振动传感器的外侧。
5.根据权利要求1所述的振动感测装置，其特征在于：所述振动传感器包括由基板和外壳形成的具有容纳腔的封装结构，以及收容在所述容纳腔内且固定设置在所述基板上的MEMS芯片和ASIC芯片；
所述壳体具有敞开端，所述基板密封连接在所述壳体的敞开端，所述基板上设置有将所述MEMS芯片的背腔与所述腔体连通的通孔，所述MEMS芯片和所述ASIC芯片连接。
6.根据权利要求5所述的振动感测装置，其特征在于：所述外壳包括围绕所述MEMS芯片和所述ASIC芯片设置的侧壁，以及与所述基板相对的底板；
在所述侧壁内设置有金属化通孔，在所述底板上设置有焊盘，所述焊盘与所述ASIC芯片通过所述金属化通孔电连接。
7.根据权利要求6所述的振动感测装置，其特征在于：所述焊盘为多个。
8.根据权利要求5所述的振动感测装置，其特征在于：所述MEMS芯片包括衬底和感应膜，所述衬底为中空结构；
所述感应膜设置在所述衬底的一端并覆盖所述中空结构，所述中空结构形成所述背腔，所述衬底的另一端与所述基板固定连接；
在所述感应膜上设置有第一透气微孔。
9.根据权利要求1所述的振动感测装置，其特征在于：所述质量元件贴合在所述弹性元件的表面上，在所述质量元件和所述弹性元件上共同设置有第二透气微孔。
10.根据权利要求1所述的振动感测装置，其特征在于：所述弹性元件为弹性膜片。
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