CN216898726U - 一种高灵敏度的基于mems技术的片状压阻式磁致伸缩换能器 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种高灵敏度的基于MEMS技术的片状压阻式磁致伸缩换能器，在工作过程中，当外界控制机构通过电路板向波导丝发送周期性的电流脉冲，电流脉冲在波导丝内部传播，而波导丝外部产生一个环形磁场，当该环形磁场和套在波导丝上的外界检测磁环所产生的磁场相交时，由于磁致伸缩的作用，波导丝内会产生一个应变机械波脉冲信号，应变机械波脉冲信号沿着波导丝以固定的速度传播至单晶硅膜片，单晶硅膜片震动后挤压所述压电传感器，压电传感器将相应的电信号经过电路板放大后传送至外界控制机构，控制机构结合发送电流脉冲的时间、接收压电传感器信号的时间以及应变机械波脉冲信号的传播速度等信息，可以计算得出感应磁环的相对位置。

Description

一种高灵敏度的基于MEMS技术的片状压阻式磁致伸缩换能器

技术领域

本实用新型涉及磁致伸缩换能器领域，特别是涉及高灵敏度的基于MEMS技术的片状压阻式磁致伸缩换能器。

背景技术

磁致伸缩位移传感器，是利用磁致伸缩原理、通过两个不同磁场相交产生一个应变脉冲信号来准确地测量位置的。测量元件是一根波导丝，波导丝由特殊的磁致伸缩材料制成的。测量过程是由传感器的电子室内产生电流脉冲，该电流脉冲在波导丝内传输，从而在波导丝外产生一个圆周磁场，当该磁场和套在波导丝上作为位置变化的活动磁环产生的磁场相交时，由于磁致伸缩的作用，波导管内会产生一个应变机械波脉冲信号，这个应变机械波脉冲信号以固定的声音速度传输，并很快被拾能机构检测并转换为电信号。由于这个应变机械波脉冲信号在波导丝内的传输时间和活动磁环与电子室之间的距离成正比，通过测量时间，就可以高度精确地确定这个距离。由于输出信号是一个真正的绝对值，而不是比例的或放大处理的信号，所以不存在信号漂移或变值的情况,更无需定期重标。

然而，换能器转换的电信号强度和稳定决定传感器的性能，目前的磁致伸缩拾能机构是采用间接换能方式。但是传统的，间接换能方式的磁致伸缩位移传感器的工艺复杂、生产一致性比较难控制，转换信号较弱，信号抗干扰能力弱。

实用新型内容

基于此，有必要针对间接换能方式的磁致伸缩位移传感器的工艺复杂、生产一致性比较难控制，转换信号较弱，信号抗干扰能力弱的技术问题，提供一种高灵敏度的基于MEMS技术的片状压阻式磁致伸缩换能器。

一种高灵敏度的基于MEMS技术的片状压阻式磁致伸缩换能器，包括拾能机构，所述拾能机构包括波导丝、单晶硅膜片、压电传感器以及电路板；所述波导丝与所述单晶硅膜片连接或抵接，所述单晶硅膜片背向所述波导丝的一面与所述压电传感器连接或抵接，所述压电传感器和所述波导丝均与所述电路板电连接。

在其中一个实施例中，所述电路板为柔性电路板。

在其中一个实施例中，所述拾能机构还包括支撑架，所述单晶硅膜片、所述压电传感器以及部分所述波导丝均收容于所述支撑架中并与所述支撑架连接。

在其中一个实施例中，所述拾能机构还包括屏蔽罩，所述屏蔽罩罩设在所述支撑架上。

在其中一个实施例中，所述屏蔽罩为铝罩。

在其中一个实施例中，所述屏蔽罩为铜罩。

在其中一个实施例中，所述波导丝的一端焊接在所述电路板上并与所述电路板电连接，所述波导丝的另一端通过导电线与所述电路板电连接。

在其中一个实施例中，所述导电线为漆包线。

在其中一个实施例中，所述支撑架上还设置有底座。

在其中一个实施例中，所述支撑架与所述电路板连接。

上述高灵敏度的基于MEMS技术的片状压阻式磁致伸缩换能器在工作过程中，当外界控制机构通过电路板向波导丝发送周期性的电流脉冲，电流脉冲在波导丝内部传播，而波导丝外部产生一个环形磁场，当该环形磁场和套在波导丝上的外界检测磁环所产生的磁场相交时，由于磁致伸缩的作用，波导丝内会产生一个应变机械波脉冲信号，应变机械波脉冲信号沿着波导丝以固定的速度传播至单晶硅膜片，单晶硅膜片震动后挤压所述压电传感器，压电传感器将相应的电信号经过电路板放大后传送至外界控制机构，控制机构结合发送电流脉冲的时间、接收压电传感器信号的时间以及应变机械波脉冲信号的传播速度等信息，可以计算得出感应磁环的相对位置。上述高灵敏度的基于MEMS技术的片状压阻式磁致伸缩换能器采用直接地拾能方式，效率高、结构紧凑、具有耐高温高压、受电磁辐射影响低、测量精度高等优点。

附图说明

图1为一个实施例中高灵敏度的基于MEMS技术的片状压阻式磁致伸缩换能器的结构示意图；

图2为一个实施例中高灵敏度的基于MEMS技术的片状压阻式磁致伸缩换能器的部分结构示意图。

具体实施方式

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本实用新型的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本实用新型。但是本实用新型能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本实用新型内涵的情况下做类似改进，因此本实用新型不受下面公开的具体实施例的限制。在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示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。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，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。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

请一并参阅图1至图2，本实用新型提供了一种高灵敏度的基于MEMS技术的片状压阻式磁致伸缩换能器10，包括拾能机构100，拾能机构100包括波导丝110、单晶硅膜片120、压电传感器130以及电路板140。波导丝110与单晶硅膜片120连接或抵接，单晶硅膜片120背向波导丝110的一面与压电传感器130连接或抵接，压电传感器130和波导丝110均与电路板140电连接。在本实施例中，电路板140为柔性电路板。在其中一个实施例中，波导丝110的一端焊接在电路板140上并与电路板140电连接，波导丝110的另一端通过导电线与电路板140电连接。进一步地，在本实施例中，导电线为漆包线。具体的，波导丝110远离电路板140的一端设置有铆钉111，波导丝110通过铆钉111与导电线电连接。

为了承载拾能机构100，请一并参阅图1至图2，在其中一个实施例中，拾能机构100还包括支撑架150，单晶硅膜片120、压电传感器130以及部分波导丝110均收容于支撑架150中并与支撑架150连接。在其中一个实施例中，支撑架150上还设置有底座151。进一步地，底座151与支撑架150一体式成型设置，以增加支撑架150的结构稳定性。支撑架150通过底座151与外界物体固定连接。在其中一个实施例中，支撑架150与电路板140连接。如此，支撑架150可以承载拾能机构100。

为了增加拾能机构100的抗电磁干扰的性能，在其中一个实施例中，请一并参阅图1至图2，拾能机构100还包括屏蔽罩160，屏蔽罩160罩设在支撑架150上。在本实施例中，屏蔽罩160为铝罩。在另一个实施例中，屏蔽罩160为铜罩。如此，屏蔽罩160可以对外界电磁波进行有效地屏蔽，增加了拾能机构100的抗电磁干扰的性能。

上述高灵敏度的基于MEMS技术的片状压阻式磁致伸缩换能器10在工作过程中，当外界控制机构通过电路板140向波导丝110发送周期性的电流脉冲，电流脉冲在波导丝110内部传播，而波导丝110外部产生一个环形磁场，当该环形磁场和套在波导丝110上的外界检测磁环所产生的磁场相交时，由于磁致伸缩的作用，波导丝110内会产生一个应变机械波脉冲信号，应变机械波脉冲信号沿着波导丝110以固定的速度传播至单晶硅膜片120，单晶硅膜片120震动后挤压所述压电传感器130，压电传感器130将相应的电信号经过电路板140放大后传送至外界控制机构，控制机构结合发送电流脉冲的时间、接收压电传感器130信号的时间以及应变机械波脉冲信号的传播速度等信息，可以计算得出外界检测磁环的相对位置。上述高灵敏度的基于MEMS技术的片状压阻式磁致伸缩换能器10采用直接地拾能方式，效率高、结构紧凑、具有耐高温高压、受电磁辐射影响低、测量精度高等优点。

请一并参阅图1和图2，为了增加高灵敏度的基于MEMS技术的片状压阻式磁致伸缩换能器10的工作稳定性，在其中一个实施例中，上述高灵敏度的基于MEMS技术的片状压阻式磁致伸缩换能器10还包括测量内管200，波导丝110远离电路板140的一端收容于测量内管200中，测量内管200的一端与支撑架150连接。外界检测磁环套设在测量内管200上并与测量内管200滑动连接。如此，增加了高灵敏度的基于MEMS技术的片状压阻式磁致伸缩换能器10的工作稳定性

进一步地，在其中一个实施例中，为了提高对波导丝110的保护性能，请一并参阅图1和图2，上述高灵敏度的基于MEMS技术的片状压阻式磁致伸缩换能器10还包括防护管300，防护管300与波导丝110相适配，防护管300套设在波导丝110上，对波导丝110进行有效保护。进一步地，防护管300为黄腊管。黄腊管具有良好的柔软性、弹性、绝缘性和耐化学性。防护管300收容于测量内管200中。如此，防护管300提高了对波导丝110的保护性能。

为了对波导丝110远离电路板140的一端传导的机械波进行有效地消除，请参阅图1，在其中一个实施例中，波导丝110远离电路板140的一端套设有减震套112，在本实施例中，减震套112为橡胶套，在另一个实施例中，减震套112为硅胶套。减震套112收容于测量内管200中。进一步地，波导丝110远离电路板140的一端通过减震套112与测量内管200连接，以进一步地提高减震套112的减震效率。如此，减震套112可以对波导丝110远离电路板140的一端传导的机械波进行有效地消除。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种高灵敏度的基于MEMS技术的片状压阻式磁致伸缩换能器，包括拾能机构，其特征在于，所述拾能机构包括波导丝、单晶硅膜片、压电传感器以及电路板；所述波导丝与所述单晶硅膜片连接或抵接，所述单晶硅膜片背向所述波导丝的一面与所述压电传感器连接或抵接，所述压电传感器和所述波导丝均与所述电路板电连接。

2.根据权利要求1所述的高灵敏度的基于MEMS技术的片状压阻式磁致伸缩换能器，其特征在于，所述电路板为柔性电路板。

3.根据权利要求1所述的高灵敏度的基于MEMS技术的片状压阻式磁致伸缩换能器，其特征在于，所述拾能机构还包括支撑架，所述单晶硅膜片、所述压电传感器以及部分所述波导丝均收容于所述支撑架中并与所述支撑架连接。

4.根据权利要求3所述的高灵敏度的基于MEMS技术的片状压阻式磁致伸缩换能器，其特征在于，所述拾能机构还包括屏蔽罩，所述屏蔽罩罩设在所述支撑架上。

5.根据权利要求4所述的高灵敏度的基于MEMS技术的片状压阻式磁致伸缩换能器，其特征在于，所述屏蔽罩为铝罩。

6.根据权利要求4所述的高灵敏度的基于MEMS技术的片状压阻式磁致伸缩换能器，其特征在于，所述屏蔽罩为铜罩。

7.根据权利要求1所述的高灵敏度的基于MEMS技术的片状压阻式磁致伸缩换能器，其特征在于，所述波导丝的一端焊接在所述电路板上并与所述电路板电连接，所述波导丝的另一端通过导电线与所述电路板电连接。

8.根据权利要求7所述的高灵敏度的基于MEMS技术的片状压阻式磁致伸缩换能器，其特征在于，所述导电线为漆包线。

9.根据权利要求3所述的高灵敏度的基于MEMS技术的片状压阻式磁致伸缩换能器，其特征在于，所述支撑架上还设置有底座。

10.根据权利要求3所述的高灵敏度的基于MEMS技术的片状压阻式磁致伸缩换能器，其特征在于，所述支撑架与所述电路板连接。

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