CN2301727Y - 基于隧道效应的加速度传感器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种基于隧道效应的加速度传感器,基座固定在外壳上,双压电晶体片的一端固定在基座上,另一端悬空,针尖固定在该悬空端,振动薄膜固定在基座上,且振动薄膜上表面与针尖之间,振动薄膜下表面与基座上表面之间均留有间隙。该传感器精度高,具有极高的分辨力,结构简单,体积小,便于制造,且成本低,可广泛应用于地震监测与预报、宇航导航、机器人控制、工业监测与控制、大型建筑物的监测等领域。
Description
本实用新型涉及一种加速度传感器，特别是用于微小加速度的测量。
目前，国内精度较高的加速度传感器是压电式加速度传感器，其测量范围从10-5～104g，最大分辨力可达2×10-6g，但由于在测量时存在电荷“漏损”，且压电晶体易受温度、安装误差等因素影响，容易出现测量误差。近年来，国际和国内市场对传感器的需求量很大，且呈直线上升趋势，加速度传感器向高分辨力、高可靠性、小型化、集成化方向发展很快。如美国的Howard K.Rockstand，T.W.Kenny等人(见Sensors and Actuators A43(1994，pp107-114)就利用硅微细加技术和量子力学中的遂道效应研究一种新型的加速度传感器，但尚未形成产品，其主要原因是硅微细加工设备复杂，价格昂贵，不利于广泛应用。
本实用新型的目的是针对上述现有技术的缺点提供一种测量微小振动，体积小、价格低廉的基于隧道效应的超高精度加速度传感器，以满足国内外市场对加速度传感器的迫切需要。
为达到上述目的，本实用新型采用的技术方案是：基座固定在外壳上，且与之绝缘，双压电晶体片的一端固定在基座上，且与之绝缘，另一端悬空，该双压电晶体片的二片晶体片之间为固连，针尖固定在双压电晶体片的悬空端，且与之绝缘，振动薄膜至少有一端固定在基座上，且上表面与基座绝缘，下表面与基座导通，振动薄膜上表面与针尖之间，振动薄膜下表面与基座上表面之间均留有间隙。
本实用新型的优点是：
1、利用了量子力学的隧道效应，测量精度高，具有极高的分辨力，可达10-8～10-9g。
2、采用可调高压电源，利用双压电晶体的弯曲特征，能有效地克服压电式加速度传感器的电荷“漏损”，温度、安装误差等因素引起的不良影响，测量范围为10-8～100g，在宽至40～100KHZ频率范围内能获得平坦效应。
3、采用了静电技术，使结构简单、体积小、便于制造，克服了现阶段硅微细加工技术设备复杂，费用昂贵的缺点。
图1为本实用新型一种实施例的结构简图。
图2为本实用新型的工作原理图。
由图1所示，基座4为导体，固定在外壳5上，且与之绝缘。双压电晶体片1可由两片相同的薄板长方形压电晶体片胶接而成，双压电晶体片1一端固定在基座4上，且与之绝缘，另一端悬空。针尖2固定在双压电晶体片1的悬空端，且与之绝缘。振动薄膜3厚度可为2～3μm，是采用电化学自停止腐蚀方法得到的硅薄膜，振动薄膜3可采用悬臂式或固定梁式与基座4加以固定，为了提高传感器频率响应范围，最好采用后者。振动薄膜3上表面与基座4绝缘，下表面与基座4导通，振动薄膜3上表面与针尖2之间留有间隙，振动薄膜3下表面与基座4上表面之间也留有间隙，该间隙越小越好，可为0.5～0.1mm。为了防止氧化及污染，确保传感器的正常工作，并提高可靠性，采用了金针尖并在振动薄膜3的表面镀金。
本实用新型的工作原理如图2所示。双压电晶体片的上板下表面(负极)与下板上表面(正极)相连，利用压电晶体片的电致伸缩效应，在上板上表面(正极)，下板下表面(负极)接上可调200V正高压源，使上板伸长，下板缩短，从而使双压电晶体片向下弯曲，调整可调200V正高压源大小，控制双压电晶体片的弯曲变形幅度，从而使金针尖与振动薄膜之间的距离(隧道间隙)达到10，进入隧道效应，产生隧道电流。另外，在使用本实用新型时，还接有一反馈控制电路，它分别与金针尖，振动薄膜的上表面及基座相连，通过该反馈控制电路来改变基座上电压的大小，调整振动薄膜下表面与基座上表面之间的静电力，从而调整两者之间的距离，使振动薄膜变形，并与金针尖位置变化一致，从而保持隧道间隙不变，由于采用了反馈控制电路，扩大了传感器测量范围。通过该控制电路采样，并经计算机数据分析处理，获得相应的加速度值，并可进行打印或报警。
本实用新型可广泛应用于地震监测与预报，宇航导航，机器人控制，工业监测与控制，大型建筑物的监测等领域。
Claims (2)
1、一种基于隧道效应的加速度传感器，其特征在于，它包括：
基座(4)，固定在外壳(5)上，且与之绝缘；
双压电晶体片(1)，其一端固定在基座(4)上，且与之绝缘，另一端悬空，该双压电晶体片(1)的二片晶体片之间为固连；
针尖(2)，固定在双压电晶体片(1)的悬空端，且与之绝缘；
振动薄膜(3)，其至少有一端固定在基座(4)上，且上表面与基座(4)绝缘，下表面与基座(4)导通，振动薄膜(3)上表面与金针尖(2)之间，振动薄膜(3)下表面与基座(4)上表面之间均留有间隙。
2、根据权利要求1所述的传感器，其特征在于：振动薄膜(3)与基座(4)之间采用固定梁式加以固定。
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| CN 97209470 CN2301727Y (zh) | 1997-03-18 | 1997-03-18 | 基于隧道效应的加速度传感器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| CN 97209470 CN2301727Y (zh) | 1997-03-18 | 1997-03-18 | 基于隧道效应的加速度传感器 |
Publications (1)
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|---|---|
| CN2301727Y true CN2301727Y (zh) | 1998-12-23 |
Family
ID=33928652
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN 97209470 Expired - Fee Related CN2301727Y (zh) | 1997-03-18 | 1997-03-18 | 基于隧道效应的加速度传感器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN2301727Y (zh) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN100383531C (zh) * | 2004-09-08 | 2008-04-23 | 北京大学 | 差分式抗高过载微型隧道加速度计及其制备方法 |
| TWI454659B (zh) * | 2010-12-06 | 2014-10-01 | Northrop Grumman Litef Gmbh | 用於監視機械地耦合結構之系統與方法 |
| CN110879059A (zh) * | 2019-12-30 | 2020-03-13 | 中北大学 | 基于压电陶瓷离面驱动的隧道磁阻效应微陀螺装置及方法 |
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1997
- 1997-03-18 CN CN 97209470 patent/CN2301727Y/zh not_active Expired - Fee Related
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| CN110879059A (zh) * | 2019-12-30 | 2020-03-13 | 中北大学 | 基于压电陶瓷离面驱动的隧道磁阻效应微陀螺装置及方法 |
| CN110879059B (zh) * | 2019-12-30 | 2022-05-27 | 中北大学 | 基于压电陶瓷离面驱动的隧道磁阻效应微陀螺装置及方法 |
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