CN215217808U

CN215217808U - 振动传感器和电子设备

Info

Publication number: CN215217808U
Application number: CN202121655879.5U
Authority: CN
Inventors: 端木鲁玉; 田峻瑜; 方华斌
Original assignee: Goertek Microelectronics Inc
Current assignee: Goertek Microelectronics Inc
Priority date: 2021-07-20
Filing date: 2021-07-20
Publication date: 2021-12-17
Anticipated expiration: 2031-07-20

Abstract

本实用新型公开一种振动传感器和电子设备，其中，振动传感器包括电路板组件、外壳、拾振组件、支撑壳以及芯片组件，外壳罩盖于电路板组件的一侧以围合形成安装空间；拾振组件设于安装空间内，拾振组件用于拾取外界的骨振动而产生响应振动；支撑壳连接于拾振组件背离电路板组件的一侧；芯片组件连接于支撑壳背离电路板组件的一侧，并与电路板组件电性连接；其中，拾振组件、支撑壳以及芯片组件之间围合形成有传导腔，以使响应振动通过传导腔传递给芯片组件。本实用新型技术方案旨在简化振动传感器结构，降低了加工难度和成本，同时提高振动传感器的结构可靠性。

Description

振动传感器和电子设备

技术领域

本实用新型涉及传感器技术领域，特别涉及一种振动传感器和应用该振动传感器的电子设备。

背景技术

骨声纹传感器是一种利用振膜振动时策动空气流动，激励MEMS振膜，并以此来检测流动信号的一种传感器，从而骨声纹传感器可以用于人讲话时引起的头颈部骨骼的轻微振动，来把声音信号收集起来转为电信号，如此以不同于传统麦克风的通过空气传导采集声音，所以可以在很嘈杂的环境里也可以把声音高清晰的传出来。

在相关技术中，骨声纹传感器通常包括拾振单元和麦克风单元，拾振单元用于拾取外界的骨振动，并传递给麦克风单元，麦克风单元用于将振动信号转化为电信号。而麦克风单元通常是由多个电路板围合形成内部空间，并在其内部空间设置芯片模块，从而多个电路板之间存在多个粘接位置，导致产品性能可靠性较低，同时还需要在电路板上开孔以使芯片模块连通拾振单元的安装空间，结构复杂，制程冗长，成本过高，造成产品良率较低。

实用新型内容

本实用新型的主要目的是提供一种振动传感器，旨在简化振动传感器结构，降低了加工难度和成本，同时提高振动传感器的结构可靠性。

为实现上述目的，本实用新型提出的振动传感器，所述振动传感器包括：

电路板组件；

外壳，所述外壳罩盖于所述电路板组件的一侧以围合形成安装空间；

拾振组件，所述拾振组件设于所述安装空间内，所述拾振组件用于拾取外界的骨振动而产生响应振动；

支撑壳，所述支撑壳连接于所述拾振组件背离所述电路板组件的一侧；以及

芯片组件，所述芯片组件连接于所述支撑壳背离所述电路板组件的一侧，并与所述电路板组件电性连接；

其中，所述拾振组件、所述支撑壳以及所述芯片组件之间围合形成有传导腔。

在本申请的一实施例中，所述芯片组件包括：

MEMS元件，所述MEMS元件连接于所述支撑壳背离所述拾振组件的一侧，所述MEMS元件和所述支撑壳与所述拾振组件围合形成所述传导腔；和

ASIC芯片，所述ASIC芯片连接于所述支撑壳，并分别与所述MEMS元件和所述电路板组件电性连接。

在本申请的一实施例中，所述支撑壳与所述拾振组件围合形成第一腔室，所述MEMS元件与所述支撑壳围合形成第二腔室，所述支撑壳开设有传振通孔，所述第一腔室和所述第二腔室通过所述传振通孔连通以形成所述传导腔。

在本申请的一实施例中，所述传振通孔为微孔设置；

和/或，所述振动传感器还包括气流缓冲结构，所述气流缓冲结构罩盖所述传振通孔；

和/或，所述传振通孔为多个，多个所述传振通孔间隔开设于所述支撑壳；

和/或，所述第一腔室的容积为V1，0.1mm³≤V1≤20mm³。

在本申请的一实施例中，所述芯片组件和所述外壳之间形成泄压腔，所述外壳开设有连通所述泄压腔的泄压孔，所述MEMS元件开设有连通所述第二腔室和所述泄压腔的第一气流通道。

在本申请的一实施例中，所述泄压孔与所述MEMS元件错位设置。

在本申请的一实施例中，所述拾振组件与所述电路板组件连接以围合形成振动腔。

在本申请的一实施例中，所述拾振组件包括：

支撑件，所述支撑件固定连接于所述电路板组件；

弹性拾振件，所述弹性拾振件连接于所述支撑件，所述弹性拾振件的一侧与所述电路板组件围合形成所述振动腔，所述弹性拾振件另一侧与所述芯片组件以及所述支撑壳围合形成所述传导腔；以及

振动调节件，所述振动调节件与所述弹性拾振件连接。

在本申请的一实施例中，所述弹性拾振件连接于所述支撑件背离所述电路板组件的一侧，且所述弹性拾振件的外周沿覆盖所述支撑件，所述支撑壳连接于所述弹性拾振件背离所述支撑件的一侧；

和/或，所述电路板组件朝向所述振动腔的一侧形成避让槽；

和/或，所述弹性拾振件和所述振动调节件开设有第二气流通道，所述第二气流通道连通所述传导腔和所述振动腔。

在本申请的一实施例中，所述电路板组件包括堆叠设置的多层电路板。

本实用新型还提出一种电子设备，所述电子设备包括振动传感器，所述振动传感器包括：

电路板组件；

本实用新型技术方案的振动传感器通过外壳罩盖于电路板组件的一侧以直接围合形成安装空间，同时将拾振组件、支撑壳以及芯片组件均设于安装空间内，并使支撑壳固定于拾振组件背离电路板组件的一侧，再将拾振组件连接于支撑壳背离拾振组件的一侧，以使内部结构紧凑，安装较为方便，且拾振组件、支撑壳以及芯片组件之间围合形成有传导腔，以使拾振组件拾取外界的骨振动而产生的响应振动通过传导腔传递给芯片组件。如此本申请的振动传感器无需在电路板组件内形成用于安装芯片组件的空间，从而可以减少了电路板组件对外裸露的粘接位置数量，简化安装工序，保证电路板组件整体结构的稳定性，降低了可靠性风险，同时也无需在电路板上开孔，进而简化了振动传感器结构，并降低了加工难度和成本。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1为本实用新型振动传感器一实施例的结构示意图。

附图标号说明：

本实用新型目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

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的一部分实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

需要说明，本实用新型实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

另外，在本实用新型中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，全文中出现的“和/或”的含义为，包括三个并列的方案，以“A和/或B为例”，包括A方案，或B方案，或A和B同时满足的方案。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本实用新型要求的保护范围之内。

本实用新型提出一种振动传感器100。

参照图1，在本实用新型实施例中，该振动传感器100包括电路板组件10、外壳20、拾振组件30、支撑壳50以及芯片组件40，所述外壳20罩盖于所述电路板组件10的一侧以围合形成安装空间90；所述拾振组件30设于所述安装空间90内，所述拾振组件30用于拾取外界的骨振动而产生响应振动；所述支撑壳50连接于所述拾振组件30背离所述电路板组件10的一侧；所述芯片组件40连接于所述支撑壳50背离所述电路板组件10的一侧，并与所述电路板组件10电性连接；其中，所述拾振组件30、所述支撑壳50以及所述芯片组件40之间围合形成有传导腔60。

工作时，拾振组件30用于拾外界(如佩戴者，或其他振动源，下文以佩戴者为例进行说明)的骨振动而产生响应振动，即是说，外界的骨振动传递给拾振组件30，拾振组件30的弹性拾振件32振动而产生响应振动，并将该振动通过传导腔60传递给芯片组件40，以使芯片组件40根据接收到的响应振动而产生电信号，并电性传递至电路板组件10。

本实用新型技术方案的振动传感器100通过外壳20罩盖于电路板组件10的一侧以直接围合形成安装空间90，同时将拾振组件30、支撑壳50以及芯片组件40均设于安装空间90内，并使支撑壳50固定于拾振组件30背离电路板组件10的一侧，再将拾振组件10连接于支撑壳50背离拾振组件30的一侧，以使内部结构紧凑，安装较为方便，且拾振组件30、支撑壳50以及芯片组件40之间围合形成有传导腔60，以使拾振组件30的响应振动通过传导腔60传递给芯片组件40。如此本申请的振动传感器100无需在电路板组件10内形成用于安装芯片组件40的空间，从而可以减少了电路板组件10对外裸露的粘接位置数量，简化安装工序，保证电路板组件10整体结构的稳定性，降低了可靠性风险，同时也无需在电路板上开孔，进而简化了振动传感器100结构，并降低了加工难度和成本。

在本申请的一实施例中，所述芯片组件40包括MEMS元件411和ASIC芯片42，所述MEMS元件411连接于所述支撑壳50背离所述拾振组件30的一侧，所述MEMS元件411和所述支撑壳50与所述拾振组件30围合形成所述传导腔60；所述ASIC芯片42连接于所述支撑壳50，并分别与所述MEMS元件411和所述电路板组件10电性连接。其中，该支撑壳50可以固定于拾振组件30背离电路板组件10的一侧，同时通过将MEMS元件411和ASIC芯片42安装于支撑壳50背离拾振组件30的同一侧，如此为MEMS元件411和ASIC芯片42提供安装位置，不仅保证安装后的稳定性，同时便于前期同步安装和后期维修拆卸。而该MEMS元件411和支撑壳50与拾振组件30围合形成传导腔60，如此以便于拾振组件30响应振动可以传导至MEMS元件411接收到响应振动，并电性传递至ASIC芯片42进行处理输出电信号。该MEMS元件411可以为电容结构、压阻结构或压电结构。

进一步地，所述支撑壳50与所述拾振组件30围合形成第一腔室61，所述MEMS元件411与所述支撑壳50围合形成第二腔室62，所述支撑壳50开设有传振通孔51，所述第一腔室61和所述第二腔室62通过所述传振通孔51连通以形成所述传导腔60。可以理解的是，该支撑壳50和拾振组件30围合形成第一腔室61，从而形成供拾振组件30的弹性拾振件32的振动空间，并且通过在支撑壳50开设有传振通孔51，如此拾振组件30振动后在第一腔室61内形成响应振动，并通过传振通孔51传递至由MEMS元件411与支撑壳50围合形成第二腔室62内，如此以使MEMS元件411可以接收到响应振动并电性传递至ASIC芯片42进行处理输出电信号。

进一步地，所述传振通孔51为微孔设置；其中，该微孔直径可以选为1um～100um，如此通过将传振通孔51设为微孔，如此以可以对第一腔室61和第二腔室62内之间流通的气流起到阻尼作用，从而可压制振动传感器100的峰值灵敏度，从而改善振动传感器100的频率响应特性，扩大振动传感器100的工作频宽宽度，提升产品性能。

可选地，所述振动传感器100还包括气流缓冲结构(未图示)，所述气流缓冲结构罩盖所述传振通孔51；其中，为了进一步提高对传振通孔51的阻尼作用，从而可以在传振通孔51处设置气流缓冲结构，该气流缓冲结构可以为透气膜或者带微孔的转接片等，如此也可以进一步改善振动传感器100的频率响应特性，扩大振动传感器100的工作频宽宽度，提升产品性能。

可选地，所述传振通孔51为多个，多个所述传振通孔51间隔开设于所述支撑壳50。其中，传振通孔51也可以设置多个，如此防止当单一传振通孔51阻塞失效时，还可以保证第一腔室61和第二腔室62之间的气流的正常流动性。

可选地，所述第一腔室61的容积为V1，0.1mm³≤V1≤20mm³。其中，通过将该第一容积V1设置为为0.1mm³至20mm³，如此即可以弹性拾振件32所需的振动空间，同时还可以避免振动传感器100的整体体积过大。

在本申请的一实施例中，结合参照图1，所述芯片组件40和所述外壳20之间形成泄压腔80，所述外壳20开设有连通所述泄压腔80的泄压孔21，所述MEMS元件411开设有连通所述第二腔室62和所述泄压腔80的第一气流通道411。其中，拾振组件30振动时，外壳20和电路板组件10形成安装空间90内的各个腔室的压强发生变化，为了保证安装空间90内的各部器件使用的稳定性，从而芯片组件40和外壳20之间形成泄压腔80，并在外壳20开设有连通泄压腔80的泄压孔21，而MEMS元件411开设有连通第二腔室62和泄压腔80的第一气流通道411，如此以使拾振组件30振动后第二腔室62的内部空间的气流可以通过第一气流通道411流通至泄压腔80，并由泄压孔21流通至外界，以保证安装空间90内的各个部件的正常使用。需要说明的是，该MEMS元件411为电容结构，可以选单振膜/单背极、双振膜/单背极、单振膜/双背极等，而振膜上放置泄气用的泄气孔以形成第一气流通道411，孔形状可以是圆形孔，孔径1um～30um，或是扇形缝隙，缝隙宽度0.2um～20um；而MEMS元件411为压阻或压电结构时，可以选扇叶结构，数量可以为1个至50个之间；扇叶间隙优选0.1um至30um。此外，该拾振组件30与电路板组件10围合形成的振动腔70和泄压腔80之间也可以设置气体连接通道，通道形状不限，开口面积可以为1um²至1000um²之间，具体设置在电路板组件10、拾振组件30或者二者连接位置均可，当然也可以另外设置导管进行连通，具体可由本领域技术人员进行选择。

进一步地，所述泄压孔21与所述MEMS元件411错位设置。其中，为了避免外界光线等因素可以直接穿过泄压孔21而影响到MEMS元件411的正常工作，从而将泄压孔21开设于外壳20的位置与MEMS元件411错位设置，以保证MEMS元件411工作时的稳定性，提高可靠性。

在本申请的一实施例中，参照图1，所述拾振组件30与所述电路板组件10连接以围合形成振动腔70。

需要说明的是，由于拾振组件30的弹性拾振件32工作时为双向振动，从而在该拾振组件30与电路板组件10连接时以同步围合形成振动腔70，以为弹性拾振件32提供的振动空间，进而保证拾振组件30的灵敏性。该振动腔70的容积可以为0.1mm³至20mm³，如此即可以弹性拾振件32所需的振动空间，同时还可以避免振动传感器100的整体体积过大。而该芯片组件40连接于拾振组件30背离电路板的一侧以围合形成传导腔60，如此以使得安装时可以先将拾振组件30和芯片组件40与电路板组件10进行装配，再将外壳20盖合于电路板组件10，如此以简化安装过程，提高安装的效率，同时可以覆盖保护内部元件。

进一步地，所述拾振组件30包括支撑件31、弹性拾振件32以及振动调节件33，所述支撑件31固定连接于所述电路板组件10；所述弹性拾振件32连接于所述支撑件31，所述弹性拾振件32的一侧与所述电路板组件10围合形成所述振动腔70，所述弹性拾振件32另一侧与所述芯片组件40以及所述支撑壳50围合形成所述传导腔60；所述振动调节件33与所述弹性拾振件32连接。其中，该支撑件31固定连接于电路板组件10，从而以保证拾振组件30安装的稳定性，而该弹性拾振件32连接于支撑件31，并且弹性拾振件32的上下两侧分别形成传导腔60和振动腔70，从而该弹性拾振件32振动产生响应振动时会影响传导腔60和振动腔70的压强。该弹性拾振件32可以为有机高分子膜或胶、金属片或其他有弹性的材料制成，振动面积选0.2mm²～200mm²，如此可以保证弹性拾振件32的振动幅度，而该振动调节件33可以为圆形、方形和矩形等块状结构，质量可选0.2mg至20mg之间，该振动调节件33可以在弹性拾振件32的上部、下部或嵌入其中，以此振动调节件33可增大弹性拾振件32接收到骨振动时产生的响应振动的幅度。

进一步地，所述弹性拾振件32连接于所述支撑件31背离所述电路板组件10的一侧，且所述弹性拾振件32的外周沿覆盖所述支撑件31，所述支撑壳50连接于所述弹性拾振件32背离所述支撑件31的一侧；其中，通过将支撑件31、弹性拾振件32以及支撑壳50沿背离电路板组件10的方向依次堆叠安装设置，如此以便于振动传感器100整体的加工，进而可提高安装效率。

进一步地，所述电路板组件10朝向所述振动腔70的一侧形成避让槽11；其中，为了进一步增大振动腔70的振动空间，从而可以在电路板组件10向振动腔70的一侧形成避让槽11，深度可以10mm至1000mm之间，如此以保证弹性拾振件32在振动腔70内振动时的振动幅度不会被影响，提高拾振组件30振动的灵敏性。

可选地，所述弹性拾振件32和所述振动调节件33开设有第二气流通道34，所述第二气流通道34连通所述传导腔60和所述振动腔70。其中，在弹性拾振件32和振动调节件33开设有第二气流通道34以连通传导腔60和振动腔70，如此以保证传导腔60和振动腔70内气流流通的稳定性，而该第二气流通道34形状不限，开口面积可以为1um²至1000um2之间，具体设置在弹性拾振件32、振动调节件33或者二者连接位置均可，当然也可以另外设置导管进行连通，具体可由本领域技术人员进行选择。而该第二气流通道34可以对传导腔60和振动腔70之间流通的气流起到阻尼作用，从而可压制振动传感器100的峰值灵敏度，从而改善振动传感器100的频率响应特性，扩大振动传感器100的工作频宽宽度，提升产品性能。

在本申请的一实施例中，所述电路板组件10包括堆叠设置的多层电路板。其中，为了保证电路板组件10整体的结构强度，以保证支撑外壳20的稳定性，从而可以将多层电路板堆叠设置，以保证电路板组件10整体的稳定性，并且可以进一步减少了电路板组件10对外裸露的粘接位置数量，降低了可靠性风险，而该电路板的具体数量可由本领域技术人员根据具体情况进行设置。

本实用新型还提出一种电子设备，该电子设备可以是但不限于头戴设备、耳机、智能手表、智能手环、车载降噪设备及振动感测装置等本领域技术人员所熟知的电子设备。该电子设备包括振动传感器100，该振动传感器100的具体结构参照上述实施例，由于本电子设备采用了上述所有实施例的全部技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果，在此不再一一赘述。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是在本实用新型的实用新型构思下，利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims

1.一种振动传感器，其特征在于，所述振动传感器包括：

电路板组件；

2.如权利要求1所述的振动传感器，其特征在于，所述芯片组件包括：

3.如权利要求2所述的振动传感器，其特征在于，所述支撑壳与所述拾振组件围合形成第一腔室，所述MEMS元件与所述支撑壳围合形成第二腔室，所述支撑壳开设有传振通孔，所述第一腔室和所述第二腔室通过所述传振通孔连通以形成所述传导腔。

4.如权利要求3所述的振动传感器，其特征在于，所述传振通孔为微孔设置；

和/或，所述第一腔室的容积为V1，0.1mm³≤V1≤20mm³。

5.如权利要求3所述的振动传感器，其特征在于，所述芯片组件和所述外壳之间形成泄压腔，所述外壳开设有连通所述泄压腔的泄压孔，所述MEMS元件开设有连通所述第二腔室和所述泄压腔的第一气流通道。

6.如权利要求5所述的振动传感器，其特征在于，所述泄压孔与所述MEMS元件错位设置。

7.如权利要求1至6任意一项中所述的振动传感器，其特征在于，所述拾振组件与所述电路板组件连接以围合形成振动腔。

8.如权利要求7所述的振动传感器，其特征在于，所述拾振组件包括：

支撑件，所述支撑件固定连接于所述电路板组件；

振动调节件，所述振动调节件与所述弹性拾振件连接。

9.如权利要求8所述的振动传感器，其特征在于，所述弹性拾振件连接于所述支撑件背离所述电路板组件的一侧，且所述弹性拾振件的外周沿覆盖所述支撑件，所述支撑壳连接于所述弹性拾振件背离所述支撑件的一侧；

和/或，所述电路板组件朝向所述振动腔的一侧形成避让槽；

10.如权利要求1至6任意一项中所述的振动传感器，其特征在于，所述电路板组件包括堆叠设置的多层电路板。

11.一种电子设备，其特征在于，包括如权利要求1至10任一项所述的振动传感器。