CN219780373U - 振动式传感器 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种振动式传感器，包括基板和设置在所述基板上的外壳，所述基板与所述外壳之间形成封装结构；在所述封装结构内的基板上设置有拾振结构，在所述拾振结构的上方设置有振动连接结构，在所述拾振结构与所述振动连接结构之间设置有自适应阻尼结构。利用上述实用新型能够解决传统的振动式传感器中的拾振结构在本证谐振频率附近的振动位移过大的问题。

Description

振动式传感器

技术领域

本实用新型涉及传感器设计领域，更为具体地，涉及一种振动式传感器。

背景技术

振动式传感器是一种利用拾振结构作为传感器敏感单元拾取外部的振动信号的器件，例如骨声纹传感器等。现有的振动式传感器的结构如附图1所示，包括基板和设置在基板上的外壳，基板与外壳之间形成封装结构，在封装结构的内部设置相应的拾振结构，现有的拾振结构作为传感器敏感单元时，可以敏感外界的振动输入，但当外界激励位于拾振结构的本征谐振频率附近时(也即发生共振现象时)，拾振结构的位移会远大于本征频率以外的激励产生的位移，导致产品在本征频率附近的输出曲线产生波峰，破坏产品的输出曲线在特定带宽内的一致性。

基于以上技术问题，亟需一种能够优化传统的振动式传感器中的拾振结构在本证谐振频率附近的振动位移的结构。

实用新型内容

鉴于上述问题，本实用新型的目的是提供一种振动式传感器，以解决传统的振动式传感器中的拾振结构在本证谐振频率附近的振动位移过大的问题。

本实用新型提供的振动式传感器，包括基板和设置在所述基板上的外壳，所述基板与所述外壳之间形成封装结构，在所述封装结构内的基板上设置有拾振结构，在所述拾振结构的上方设置有振动连接结构，在所述拾振结构与所述振动连接结构之间设置有自适应阻尼结构。

此外，优选的结构是，所述自适应阻尼结构包括上下对齐的凹腔和凸台；其中，所述凹腔设置在所述拾振结构上，所述凸台设置在所述振动连接结构上；或者，所述凹腔设置在所述振动连接结构上，所述凸台设置在所述拾振结构上。

此外，优选的结构是，在所述拾振结构非谐振状态下，所述凹腔与所述凸台无重叠区域；在所述拾振结构发生谐振时，所述凹腔与所述凸台发生交叠并形成阻尼，抑制所述拾振结构的位移。

此外，优选的结构是，所述凹腔为开设在所述拾振结构上的凹槽，所述凸台为固定在所述振动连接结构上的固定块；或者，所述凹腔为开设在所述振动连接结构上的凹槽，所述凸台为固定在所述拾振结构上的固定块。

此外，优选的结构是，在所述拾振结构上固定有第一固定块，所述凹腔为开设在所述第一固定块上的凹槽，所述凸台为固定在所述振动连接结构上的第二固定块；或者，在所述振动连接结构上固定有第一固定块，所述凹腔为开设在所述第一固定块上的凹槽，所述凸台为固定在所述拾振结构上的第二固定块。

此外，优选的结构是，所述自适应阻尼结构在所述拾振结构与所述振动连接结构之间设置有至少两个；并且，所述自适应阻尼结构在所述拾振结构与所述振动连接结构之间成阵列分布。

此外，优选的结构是，所述拾振结构包括固定在所述基板上的振环和设置在所述振环上的第一振膜，所述振动连接结构固定在所述振环的上方；并且，所述自适应阻尼结构设置在所述第一振膜与所述振动连接结构之间。

此外，优选的结构是，在所述第一振膜上设置有质量块。

此外，优选的结构是，在所述振动连接结构上设置有MEMS芯片和ASIC芯片，所述MEMS芯片与所述ASIC芯片之间以及所述ASIC芯片与所述基板之间均通过导线电性连接。

此外，优选的结构是，在所述MEMS芯片上设置有第二振膜；并且，

在所述振动连接结构上开设有导通孔，所述导通孔的上下两端分别与所述第二振膜以及所述第一振膜对应。

从上面的技术方案可知，本实用新型提供的振动式传感器，通过在拾振结构与振动连接结构之间设置自适应阻尼结构，能够获得拾振结构在本征频率激励下阻尼自适应增加的效果(即在不显著降低产品灵敏度的情况下，使拾振结构在本征频率附近选择性的增加阻尼)，从而使产品在特定需求带宽内的输出曲线一致性提高，并可实现产品灵敏度与谐振频率的独立设计。

附图说明

通过参考以下结合附图的说明，并且随着对本实用新型的更全面理解，本实用新型的其它目的及结果将更加明白及易于理解。在附图中：

图1为传统的振动式传感器的主视剖面图；

图2为根据本实用新型的第一实施例的振动式传感器的主视剖面图；

图3为根据本实用新型的第二实施例的振动式传感器的主视剖面图；

图4为根据本实用新型的第三实施例的振动式传感器的主视剖面图；

图5为根据本实用新型的第四实施例的振动式传感器的主视剖面图。

其中的附图标记包括：基板1、拾振结构2、振环21、振膜22、质量块23、外壳3、振动连接结构4、自适应阻尼结构5、凸台51、凹腔52、固定环53、MEMS芯片6、ASIC芯片7、导气孔8、导通孔9、导线10。

在所有附图中相同的标号指示相似或相应的特征或功能。

具体实施方式

为详细描述本实用新型的振动式传感器的结构，以下将结合附图对本实用新型的具体实施例进行详细描述。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，若本实用新型实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“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。此外，若本实用新型实施例中有涉及术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”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。

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。

图2示出了根据本实用新型的第一实施例的振动式传感器的主视剖面图，根据图2所示，本实用新型实施例中提供的振动式传感器，包括一块用于焊接该振动式传感器内部电路的基板1以及固定在该基板1上的起保护元器件作用的外壳3，其中，基板1可以选用电路板，如PCB(英文全称为Printed Circuit Board，中文名称为印制电路板，是电子元器件的支撑体)；基板1与外壳3之间形成用于容纳元器件的封装结构，在封装结构的内部设置有用于感应外界的振动信号的拾振结构2，在拾振结构2与振动连接结构4之间设置有用于抑制拾振结构2的振动位移过大的自适应阻尼结构5。

在实际使用过程中，当拾振结构2未发生谐振时(即当外界的振动激励不位于拾振结构2的本征谐振频率附近时)，自适应阻尼结构5对拾振结构2的不起作用，拾振结构2按照其本身的振动位移进行振动；当拾振结构2发生谐振时(即当外界的振动激励位于拾振结构2的本征谐振频率附近时)，拾振结构2位移会显著放大，此时自适应阻尼结构5即会对拾振结构2形成阻尼效果，抑制谐振状态的拾振结构2位移。

需要说明的是，本实用新型提供的自适应阻尼结构5对非谐振状态的拾振结构2无显著影响，仅仅对谐振状态下的拾振结构2提供相应的阻尼限购，能够显著改善产品在需求带宽内的输出曲线的一致性。

在本实用新型的一个具体的实施方式中，为实现自适应阻尼结构5对拾振结构2提供相应的自适应阻尼，自适应阻尼结构5可以包括上下对齐的凹腔52和凸台51，凹腔52与凸台51相适配。并且，凹腔52可以设置在拾振结构2上，凸台51相应地设置在振动连接结构4上(如图3所示)；或者，凹腔52可以设置在振动连接结构4上，凸台51相应地设置在拾振结构2上(如图2所示)。

通过设置上述结构的自适应阻尼结构5，在实际使用过程中，当拾振结构2未发生谐振时(即当外界的振动激励不位于拾振结构2的本征谐振频率附近时)，凸台51未进入凹腔52内部，凹腔52与凸台51无重叠区域，凹腔52内部的气压不会被压缩，凹腔52与凸台51之间不会形成对拾振结构2的阻尼，自适应阻尼结构5对拾振结构2的不起作用，拾振结构2按照其本身的振动位移进行振动。当拾振结构2发生谐振时(即当外界的振动激励位于拾振结构2的本征谐振频率附近时)，拾振结构2位移会显著放大，此时凸台51的部分结构进入凹腔52内部，腔体与凸台51发生交叠，凹腔52内部的气压会被压缩，从而形成对拾振结构2的阻尼，抑制谐振状态的拾振结构2的位移。

需要说明的是，自适应阻尼结构其本质就是利用凸台对凹腔内的空气进行压缩来提供反向的阻尼作用，并且，该阻尼作用正比于凸台的行进速度。这种自适应阻尼结构相比于传统的利用橡胶凸台的弹性减震来提供阻尼力的方案，最优化的效果就是不会存在一个回程反弹的作用，该种作用对于优化拾振结构的性能非常重要。

需要说明的是，对于凸台51与凹腔52之间的侧面缝隙的大小，可以根据实际的阻尼需求设定，若所需的阻尼较大，则凸台51与凹腔52之间的侧面缝隙的则会预留的相对较小，若需要的阻尼较小，则凸台51与凹腔52之间的侧面缝隙的则会预留的相对较大。

具体地，对于凹腔52与凸台51的设置，凹腔52可以为开设在拾振结构2上的凹槽，凸台51可以为固定在振动连接结构4上的固定块(如图3所示)；或者，凹腔52可以为开设在振动连接结构4上的凹槽，凸台51可以为固定在拾振结构2上的固定块；通过这种方式实现凹腔52与凸台51的设置。

当然，凹腔52也可以不直接开设在拾振结构2或振动连接机构上，例如，可以在拾振结构上固定第一固定块，在第一固定块上开设一个凹槽，形成该凹腔52，凸台51为固定在振动连接结构4上的第二固定块；或者，可以在振动连接结构4上固定第一固定块，在第一固定块上开设一个凹槽，形成该凹腔52，凸台51为固定在拾振结构2上的第二固定块。此外，对于在第一固定块上开设凹槽以形成凹腔52的方式，也可以直接采用内部形成有凹槽的固定环53的方式替代(如图4所示)。

在本实用新型的一个优选的实施方式中，为提升适应阻尼结构的阻尼效果，自适应阻尼结构5在拾振结构2与振动连接结构4之间可以设置多个(至少两个)；并且，自适应阻尼结构5在拾振结构2与振动连接结构4之间成阵列分布(如图5所示)。通过这种设置来进一步提升拾振结构2的谐振点处的阻尼效果，并且，阵列数量可根据拾振结构2的谐振特性和传感器需求带宽确定。

在本实用新型的一个具体地实施方式中，拾振结构2包括固定在基板1上的振环21以及设置在振环21的顶部的第一振膜22，振动连接结构4固定在振环21的上方；并且，自适应阻尼结构5设置在第一振膜22与振动连接结构4之间。在实际使用过程中，拾振结构2中主要为第一振膜22起作用，振环21主要是对振膜22进行支撑，当第一振膜22感应到外界的振动信号后，即可上下振动。需要说明的是，振环21为中空结构，当第一振膜22固定在振环21顶部时，振环21的内腔即作为该振动前腔。

此外，为提升第一振膜22的感应效果，进而提升振动式传感器的灵敏度，可以在第一振膜22上设置质量块23，当第一振膜22振动时，由于质量块23的存在，能够显著提升第一振膜22在同等振动信号下的振动幅度，从而产生更大振动气流，提升振动式传感器的灵敏度。

此外，为将拾振结构2拾取的振动信号转换为电信号，可以在振动连接结构4上设置MEMS芯片6(Microelectro Mechanical Systems，微机电系统)和ASIC芯片7(ASIC即专用集成电路，是指应特定用户要求和特定电子系统的需要而设计、制造的集成电路)，MEMS芯片6与ASIC芯片7之间以及ASIC芯片7与基板1之间均通过导线10电性连接。

在实际使用过程中，当第一振膜22振动时，带动空气振动产生振动气流，当MEMS芯片6感应到振动气流后，即会产生相应的电信号，电信号经ASIC芯片7放大后，通过导线10传递至基板1上，最终传递至外界的信号处理装置进行信号解析。

此外，为实现MEMS芯片6对封装结构内部的振动气流的感应，在MEMS芯片6上设置有第二振膜22，在振动连接结构4上开设有导通孔9，导通孔9的上下两端分别与第二振膜22以及第一振膜22对应。通过这种设置，可以使得第二振膜22精准的感应到第一振膜22产生的振动气流。

另外，需要说明的是，对于振动式传感器中的拾振结构2，在实际使用过程中通常需要封装在存在一定气压的环境内，因此，本实用新型提供的振动式传感器的封装结构的内部设定为不与外界连通的封闭结构。然而，若在振动式传感器的制作过程中即对封装结构的内部进行密封，很容易出现爆壳现场，使整个产品损坏，因此，需要先在外壳3上开设一个导气孔8来平稳封装结构的内外气压，待振动式传感器制作完毕后，再对导气孔8进行封堵。

如上参照附图以示例的方式描述了根据本实用新型提出振动式传感器。但是，本领域技术人员应当理解，对于上述本实用新型所提出的振动式传感器，还可以在不脱离本实用新型内容的基础上做出各种改进。因此，本实用新型的保护范围应当由所附的权利要求书的内容确定。

Claims (10)

1.一种振动式传感器，包括基板和设置在所述基板上的外壳，所述基板与所述外壳之间形成封装结构；其特征在于，

在所述封装结构内的基板上设置有拾振结构，在所述拾振结构的上方设置有振动连接结构，在所述拾振结构与所述振动连接结构之间设置有自适应阻尼结构。

2.如权利要求1所述的振动式传感器，其特征在于，

所述自适应阻尼结构包括上下对齐的凹腔和凸台；其中，

所述凹腔设置在所述拾振结构上，所述凸台设置在所述振动连接结构上；或者，所述凹腔设置在所述振动连接结构上，所述凸台设置在所述拾振结构上。

3.如权利要求2所述的振动式传感器，其特征在于，

在所述拾振结构处于非谐振状态下时，所述凹腔与所述凸台无重叠区域；

在所述拾振结构发生谐振时，所述凹腔与所述凸台发生交叠并形成阻尼，抑制所述拾振结构的位移。

4.如权利要求3所述的振动式传感器，其特征在于，

所述凹腔为开设在所述拾振结构上的凹槽，所述凸台为固定在所述振动连接结构上的固定块；或者，所述凹腔为开设在所述振动连接结构上的凹槽，所述凸台为固定在所述拾振结构上的固定块。

5.如权利要求3所述的振动式传感器，其特征在于，

在所述拾振结构上固定有第一固定块，所述凹腔为开设在所述第一固定块上的凹槽，所述凸台为固定在所述振动连接结构上的第二固定块；或者，在所述振动连接结构上固定有第一固定块，所述凹腔为开设在所述第一固定块上的凹槽，所述凸台为固定在所述拾振结构上的第二固定块。

6.如权利要求1至5中任意一项所述的振动式传感器，其特征在于，

所述自适应阻尼结构在所述拾振结构与所述振动连接结构之间设置有至少两个；并且，所述自适应阻尼结构在所述拾振结构与所述振动连接结构之间成阵列分布。

7.如权利要求1所述的振动式传感器，其特征在于，

所述拾振结构包括固定在所述基板上的振环和设置在所述振环上的第一振膜，所述振动连接结构固定在所述振环的上方；并且，

所述自适应阻尼结构设置在所述第一振膜与所述振动连接结构之间。

8.如权利要求7所述的振动式传感器，其特征在于，

在所述第一振膜上设置有质量块。

9.如权利要求7所述的振动式传感器，其特征在于，

在所述振动连接结构上设置有MEMS芯片和ASIC芯片，所述MEMS芯片与所述ASIC芯片之间以及所述ASIC芯片与所述基板之间均通过导线电性连接。

10.如权利要求9所述的振动式传感器，其特征在于，

在所述MEMS芯片上设置有第二振膜；并且，

在所述振动连接结构上开设有导通孔，所述导通孔的上下两端分别与所述第二振膜以及所述第一振膜对应。