CN210641062U - 一种振动感测装置以及电子设备 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种振动感测装置以及电子设备。其中，所述振动感测装置包括壳体，弹性膜片，质量元件以及感测元件；在所述壳体的内部形成腔体；所述弹性膜片设置在所述腔体内，且在所述弹性膜片上设置有多个微孔；所述质量元件通过所述弹性膜片悬置在所述腔体内，并能随所述弹性膜片一起在所述腔体内移动，以改变所述腔体内的压强；所述感测元件与所述腔体连通，所述感测元件被构造为：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：采用具有多个微孔的弹性膜片，在回流焊接时能保持内外压力平衡，无需专门开设泄气孔，简化了产品的加工工艺。
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以及电子设备。
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内，质量块与振膜一起构成振动元件。壳体具有敞开端。感测元件的基板密封连接在壳体的敞开端。在基板的与壳体相对的一侧设置有MEMS芯片和ASIC芯片，还包括设置在MEMS芯片和ASIC芯片外的外壳。基板上具有通孔。MEMS芯片通过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，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。
现有的振动感测装置，如图1所示，在振动单元上通常需要专门开设泄气孔9，这样可以在回流焊接时保持内外压力平衡，避免产品受到损伤。然而，泄气孔9的存在非常容易造成外界的灰尘、粉尘、水、油污等经泄气孔9进入到感测元件的内部，这样会对感测元件的性能造成很大的影响，甚至还会降低整个产品的使用寿命。特别是在真空度较低时，会导致产品的性能大幅度下降。此外，泄气孔9需要同时贯通质量块和振膜，开孔工艺较为复杂，这无疑增加了产品制作的复杂度。
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以及电子设备的新技术方案。
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；
弹性膜片，所述弹性膜片设置在所述腔体内，且在所述弹性膜片上设置有多个微孔；
质量元件，所述质量元件通过所述弹性膜片悬置在所述腔体内，并能随所述弹性膜片一起在所述腔体内移动，以改变所述腔体内的压强；以及
感测元件，所述感测元件与所述腔体连通，所述感测元件被构造为：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，所述微孔的尺寸为0.5μm-50μm。
可选地，所述感测元件包括基板和外壳，所述基板和外壳围成具有容纳腔的封装结构；还包括MEMS芯片，所述MEMS芯片收容在所述容纳腔内且固定设置在所述基板上；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至少一个通孔。
可选地，所述外壳包括围绕所述基板设置的侧壁以及与所述基板相对的底部，在所述底部的外侧设置有至少一个焊盘，所述焊盘通过埋设在所述侧壁内的金属化通孔与所述基板连接。
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；
所述感应膜上设置有透气微孔。
可选地，所述感测元件还包括信号放大器；
所述信号放大器贴装在所述基板上；或者是，
所述信号放大器埋设在所述基板内部。
可选地，所述信号放大器为ASIC芯片。
可选地，所述感测元件还包括滤波器件；
所述滤波器件贴装在所述基板上；或者是，
所述滤波器件埋设在所述基板内部。
可选地，所述弹性膜片包括位于中部的连接部，围绕连接部设置的弹性部以及围绕弹性部设置的边缘部，所述边缘部与所述壳体的内壁固定连接，所述连接部与所述质量元件固定连接。
根据本实用新型的另一个方面，提供一种电子设备。该电子设备包括如上所述的振动感测装置。
本实用新型实施例提供的振动感测装置，改变了原有的在振动元件上开设泄气孔的设计，采用具有多个微孔的弹性膜片替代，该弹性膜片具有良好的透气功能，在回流焊接时能保持内外压力平衡。由于微孔的孔径较小，还能有效屏蔽粉尘、水油等进入到感测元件的内部。而且，由于无需专门开设泄气孔，大大简化了产品的加工工艺。
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是现有的振动感测装置的结构示意图。
图2是本公开一个实施例提供的振动感测装置的结构示意图。
附图标记说明：
1：壳体；2：基板；201：通孔；3：外壳；301：侧壁；302：底部；4：容纳腔；5：MEMS芯片；501：衬底；502：背腔；503：感应膜；5031：透气微孔；6：ASIC芯片；7：弹性膜片；8：质量元件；9：泄气孔；10：第一腔室；11：第二腔室；12：焊盘；13：金属化通孔。
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。该振动感测装置例如可以为骨声纹传感装置、环境感测装置等，对此不作限制。本实用新型的振动感测装置，如图2所示，包括壳体1、弹性膜片7、质量元件8以及感测元件。
壳体1呈皿状结构。壳体1具有敞开端。在壳体1的内部形成腔体。壳体1的材质例如可以为金属、塑料或者PCB板等。壳体1的形状例如可以为圆柱状、长方体状等。
此外，在壳体1上还设置有泄气口。该泄气口可以设计为呈环状结构。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1上开设有泄气口，此时，泄气口应当处于敞开状态。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就会造成腔体内部的压力不均匀的现象。即，将泄气口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，在使用该振动感测装置时，有必要将该泄气口封闭起来，以防止外界的灰尘、粉尘等颗粒物，或者水、油等液体进入到腔体内部，从而影响到产品的性能和使用寿命。但需要说明的是，将泄气口封闭起来时，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。
弹性膜片7设置在腔体内，且在该弹性膜片7上设置有多个微孔。弹性膜片7用于为质量元件8提供弹性回复力。弹性膜片7可以采用本领域技术人员熟知的弹性材料制作，例如采用PP材料。
在一个例子中，弹性膜片7包括位于中部的连接部，围绕连接部设置的弹性部和围绕弹性部设置的边缘部，边缘部与壳体1固定连接，连接部与质量元件8固定连接。例如，弹性膜片7的边缘部与壳体1的内壁之间采用粘接剂粘接在一起，弹性膜片7的连接部与质量元件8之间也采用粘结剂进行粘接。当然，也可以采用本领域技术人员熟知的其它连接方式。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1的内壁连接，从而能将整个弹性膜片7固定设置在腔体内。
质量元件8通过弹性膜片7悬置在腔体内，并能随着弹性膜片7一起在腔体内移动，以改变腔体内的压强。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2所示，质量元件8和弹性膜片7连接后，可以将壳体1内的腔体分隔为第一腔室10和第二腔室11两部分。第一腔室10和第二腔室11均具有设定的容积。在两个腔室内密封预定压力的气体。其中，气体例如为空气、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。
在弹性膜片7上设置有多个微孔。例如，多个微孔在弹性膜片7上呈均匀分布。微孔的尺寸比较小，属于微米级。微孔的尺寸例如为0.5μm-50μm。弹性膜片7上的微孔可供气流流过，使气流能穿过后经壳体1上的泄气口排出，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微孔的设置数量和大小进行适当的调整。
感测元件与壳体1内的腔体连通。感测元件被构造为：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，感测元件能用于感测第一腔室10和第二腔室11的压强差。感测元件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，能通过感测元件获取第一腔室10和第二腔室11之间的压强差；以及通过压强差计算感测元件所在位置的振动状态。
在使用时，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1产生振动，由于质量元件8的惯性以及弹性膜片7的弹性回复力的共同作用，故质量元件8会相对壳体1发生振动。质量元件8和弹性膜片7的振动使得第一腔室10和第二腔室11体积发生变化，由于两个腔室都是密闭的腔室，故第一腔室10和第二腔室11内的气体的压强会发生变化。
在该例子中，感测元件感测第一腔室10和第二腔室11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。
本实用新型的振动感测装置，改变了原有的在振动元件上开设泄气孔的设计，采用具有多个微孔的弹性膜片7，使弹性膜片7具有良好的透气功能，在回流焊接时能保持内外压力平衡。由于微孔的孔径尺寸较小，能有效屏蔽粉尘、水油等进入到感测元件的内部。而且，由于无需专门开设泄气孔，大大简化了产品的加工工艺。
感测元件与壳体1连接在一起。具体地，感测元件连接在壳体1的敞开端，以将壳体1的敞开端封闭起来。
本实用新型的感测元件，如图2所示，包括基板2和外壳3，基板2和外壳3围合形成具有容纳腔4的封装结构，在容纳腔4收容有感测元件。该感测元件例如为MEMS芯片5。MEMS芯片5设置在基板2上。
外壳3包括围绕基板2设置的侧壁301以及与所述基板2相对的底部302。并且，在底部302的外侧设置有至少一个焊盘12。焊盘12可以根据需要设置为三个，四个或者更多个，对此不作限制。
焊盘12可以通过埋设在侧壁301内的导体与基板2电连接。其中，导体例如可以为设置在侧壁301内的金属化通孔13。在使用时，直接将焊盘8与外部电路焊接即可。
外壳3的底部302，其材质例如可以为金属材料、塑料材料、PCB板等，对此不作限制。
基板2可以采用本领域熟知的电路板，例如可以采用PCB板等，对此不作限制。基板2采用电路板可以实现振动感测装置的电路设计。基板2密封连接在壳体1的敞开端。在基板2上设置有通孔201。通孔201用于将壳体1内的腔体与MEMS芯片5内的背腔502连通。通孔201例如可以为圆形孔、椭圆形孔、方形孔、三角形孔等，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。
外壳3与基板2之间例如可以通过粘结剂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。
MEMS芯片5，如图2所示，包括衬底501和感应膜503。衬底501为中空结构。感应膜503例如为压电元件、电容元件、压阻元件等。感应膜503设置在衬底501的一端，并覆盖中空结构。该中空结构形成背腔502。衬底501的另一端与基板2固定连接。感应膜503上设置有透气微孔5031。
在对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3与基板2焊接，或者将外壳3与基板2焊接。焊接过程中产生的气流会留存在腔体和容纳腔4内。为了便于这些气流从壳体1上的泄气口排出，在感应膜503上设置了透气微孔5031，配合弹性膜片7上的微孔，能使容纳腔4中气流顺利的流入到腔体内，再由壳体1上的泄气口将其排出。
透气微孔5031的尺寸也非常小，属于微米级。透气微孔5031可以根据需要设置为一个，也可以设置为多个。
MEMS芯片5被贴装在基板2上。例如采用专门的胶黏剂将MEMS芯片5粘接在基板2上。当然，MEMS芯片5也可以采用倒装的方式通过基板2中的电路布图导通，这属于本领域技术人员的公知常识，本实用新型在此不再具体说明。
本实用新型的感测元件还包括信号放大器。信号放大器被贴装在基板2上。MEMS芯片5与信号放大器连接。
在一个例子中，信号放大器为ASIC芯片6。ASIC芯片6贴装在基板2上，例如采用专门的胶黏剂将ASIC芯片6粘接在基板2上。MEMS芯片5与ASIC芯片6连接，使得MEMS芯片5输出的电信号可以传输到ASIC芯片6中，并被ASIC芯片6处理、输出。MEMS芯片5与ASIC芯片6之间可以通过金属导线(焊线)进行电性连接，以实现二者的导通。
此外，还可以将ASIC芯片6埋设在基板2的内部。当将ASIC芯片6埋入基板2内时，需要在ASIC芯片6正对的上方和下方至少各设置一层金属层。金属层例如为铜层。金属层接地作为屏蔽。ASIC芯片6周围区域布置有多个金属化通孔，与上述金属层一起构成屏蔽结构。将ASIC芯片6埋入基板2内的设计，使得不必在ASIC芯片6表面包覆保护胶，这样简化了工艺，同时提升了产品的光噪声抵抗能力。并且，将ASIC芯片6埋入基板2内部，还减少了占用基板2和外壳3围成的容纳腔4的体积。
本实用新型的感测元件还包括滤波器件(图2中未示出)。例如，滤波器件可以贴装在基板2上。又例如，滤波器件也可以埋设在基板2内部。通过设置滤波器件，能够提升整个机构的抗射频干扰能力。
另一方面，本实用新型还提供了一种电子设备。该电子设备包括如上所述的振动感测装置。
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；
弹性膜片，所述弹性膜片设置在所述腔体内，且在所述弹性膜片上设置有多个微孔；
质量元件，所述质量元件通过所述弹性膜片悬置在所述腔体内，并能随所述弹性膜片一起在所述腔体内移动，以改变所述腔体内的压强；以及
感测元件，所述感测元件与所述腔体连通，所述感测元件被构造为：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：所述微孔的尺寸为0.5μm-50μm。
3.根据权利要求1所述的振动感测装置，其特征在于：所述感测元件包括基板和外壳，所述基板和外壳围成具有容纳腔的封装结构；还包括MEMS芯片，所述MEMS芯片收容在所述容纳腔内且固定设置在所述基板上；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至少一个通孔。
4.根据权利要求3所述的振动感测装置，其特征在于：所述外壳包括围绕所述基板设置的侧壁以及与所述基板相对的底部，在所述底部的外侧设置有至少一个焊盘，所述焊盘通过埋设在所述侧壁内的金属化通孔与所述基板连接。
5.根据权利要求3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；
所述感应膜上设置有透气微孔。
6.根据权利要求3所述的振动感测装置，其特征在于：所述感测元件还包括信号放大器；
所述信号放大器贴装在所述基板上；或者是，
所述信号放大器埋设在所述基板内部。
7.根据权利要求6所述的振动感测装置，其特征在于：所述信号放大器为ASIC芯片。
8.根据权利要求3所述的振动感测装置，其特征在于，所述感测元件还包括滤波器件；
所述滤波器件贴装在所述基板上；或者是，
所述滤波器件埋设在所述基板内部。
9.根据权利要求1所述的振动感测装置，其特征在于，所述弹性膜片包括位于中部的连接部，围绕连接部设置的弹性部以及围绕弹性部设置的边缘部，所述边缘部与所述壳体的内壁固定连接，所述连接部与所述质量元件固定连接。
10.一种电子设备，其特征在于：包括如权利要求1-9任一项所述的振动感测装置。
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