電磁激勵諧振膜壓力傳感器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于一種壓力傳感器，具體是一種電磁激勵諧振膜壓力傳感器。
【背景技術(shù)】
[0002]圖1是一種現(xiàn)有電磁激勵諧振膜壓力傳感器結(jié)構(gòu)的示意圖。該傳感器主要由諧振膜片11、線圈激勵元件12、和拾振元件13組成。其中諧振膜片11用來感受壓力，線圈激勵元件12用來激勵諧振膜振動，拾振元件13用來檢測膜片的振動頻率。拾振元件12和線圈激勵元件13分別放置在諧振膜片11兩側(cè)。為了實現(xiàn)測量絕對壓力的目的，把諧振膜片11、保護管15、底座16和絕緣子17構(gòu)成的空腔抽成真空狀態(tài)作為壓力參考基準(zhǔn)腔14?；?6和諧振膜片11之間空腔構(gòu)成壓力腔，壓力通過基座16進入。工作時，交變的電流流過激勵線圈元件13，產(chǎn)生交變的電磁力，當(dāng)交變電磁力頻率與振動膜片11的固有頻率相同時，振動膜片11產(chǎn)生諧振，使其邊緣處的應(yīng)力發(fā)生周期性的變化，該變化被振動膜片11另一側(cè)的拾振元件13拾取，經(jīng)絕緣子17輸入到驅(qū)動電路18，經(jīng)適當(dāng)?shù)奶幚砗笠环矫娣答佒良罹€圈元件12，形成閉環(huán)正反饋，維持諧振膜片11的振動，另一方面經(jīng)整形電路輸出方波信號。
[0003]激勵線圈元件12需要足夠匝數(shù)，足夠大的電流產(chǎn)生激振力，同時要求與諧振膜片11保持嚴格的間隙維持諧振膜片11振動，產(chǎn)品的體積和功耗都比較大、裝配要求高。參考基準(zhǔn)腔14由多種元件和材料形成，氣密性很難得到保證，微漏將導(dǎo)致參考基準(zhǔn)發(fā)生改變，傳感器穩(wěn)定性差。因此，在保證傳感器性能的前提下，應(yīng)用新型壓電激勵方式和拾取方式，達到減小體積、降低功耗，提高穩(wěn)定性的目的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是提供一種小體積、低功耗、易于批量生產(chǎn)、穩(wěn)定性好的采用壓電激勵方式的諧振膜壓力傳感器。
[0005]本發(fā)明采取以下技術(shù)方案:一種電磁激勵諧振膜壓力傳感器，包括壓電激勵元件、諧振膜片、壓電拾取元件、保護管、玻璃絕緣子和端蓋，其中諧振膜片內(nèi)表面和端蓋通過真空電子束焊接并抽成真空狀態(tài)構(gòu)成壓力參考基準(zhǔn)腔，諧振膜片外表面、保護管內(nèi)表面和玻璃絕緣子之間構(gòu)成壓力腔，保護管頂部設(shè)有與外界連通的壓力孔，壓力腔通過壓力孔與外界連通，諧振膜片外表面上側(cè)粘貼有壓電激勵元件和壓電拾取元件，壓電激勵元件和壓電拾取元件分別通過導(dǎo)線與信號放大拾取電路連接。
[0006]壓電激勵元件和壓電拾取元件采用具有壓電效應(yīng)的壓電陶瓷材料，外形尺寸均為5mmX0.8mmX0.3mm，機電耦合系數(shù)K31彡0.3，壓電常數(shù)d33> 250，諧振頻率f；=300±10%kHz。
[0007]壓電激勵元件和壓電拾取元件采用導(dǎo)電環(huán)氧膠將負極沿諧振膜徑向方向呈180 °粘貼于諧振膜應(yīng)力集中的邊緣，粘貼位置4/5長度位于諧振膜片有效尺寸內(nèi)，1/5長度粘貼于諧振膜片固支端。
[0008]諧振膜片、保護管和端蓋采用_40°C?80°C溫度范圍內(nèi)頻率溫度系數(shù)在(-10?30) X10_6/°C內(nèi)的恒彈性材。
[0009]本發(fā)明基于壓電元件的壓電效應(yīng)和逆壓電效應(yīng)，從而實現(xiàn)諧振膜壓力傳感器的機電轉(zhuǎn)換功能。該方法實施方便、機電轉(zhuǎn)換效率高、功耗低、成本低、抗干擾能力強。
[0010]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有體積小、功耗低、結(jié)構(gòu)簡單，易于生產(chǎn)的優(yōu)點，同時由于采用全金屬零件熔焊構(gòu)成參考腔，提高了傳感器參考基準(zhǔn)的可靠性，提高了傳感器的穩(wěn)定性。
【附圖說明】
[0011]圖1是現(xiàn)有電磁激勵諧振膜壓力傳感器結(jié)構(gòu)示意圖；
圖1中11-諧振膜片、12-線圈激勵元件、13-拾振元件、14-壓力參考基準(zhǔn)腔、15-保護管、16-底座、17-絕緣子、18-驅(qū)動電路；
圖2是本發(fā)明壓電激勵諧振膜壓力傳感器結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2中1-壓電激勵元件、2-諧振膜片、3-壓電拾取元件、4-保護管、5-玻璃絕緣子、
6-端蓋、7-壓力參考基準(zhǔn)腔。
【具體實施方式】
[0012]如圖2所示，本發(fā)明主要由壓電激勵元件1、諧振膜片2和壓電拾振元件3組成，其中壓電激勵元件I和壓電拾振元件3，采用同一種壓電元件，可以互換。壓電激勵元件I和壓電拾取元件3，沿諧振膜片2徑向方向呈180°粘貼于應(yīng)力集中的邊緣處。為了實現(xiàn)測量絕對壓力的目的，把諧振膜片2和端蓋6采用真空電子束焊接，他們之間構(gòu)成的空腔，抽成真空狀態(tài)作為壓力參考基準(zhǔn)腔7。諧振膜片2、保護管4和玻璃絕緣子構(gòu)成壓5之間構(gòu)成壓力腔。工作時，利用壓電激勵元件I的逆壓電效應(yīng)產(chǎn)生應(yīng)變，帶動諧振膜片2振動，當(dāng)應(yīng)變頻率與諧振膜片2的固有頻率相同時，諧振膜片I產(chǎn)生諧振，邊緣處的應(yīng)力發(fā)生周期性的變化，壓電拾振元件3感受該種應(yīng)力的變化(利用正壓電效應(yīng))檢測諧振頻率，經(jīng)絕緣子5輸出后續(xù)電路，經(jīng)后續(xù)電路處理后一方面反饋至壓電激勵元件I，形成閉環(huán)正反饋，維持諧振膜片2的振動，另一方面經(jīng)整形電路輸出方波信號。
[0013]壓電激勵元件I和壓電拾取元件3，采用具有壓電效應(yīng)的壓電陶瓷材料，外形尺寸5mmX0.8mmX0.3mm，外形尺寸為5mmX0.8mmX0.3mm，機電親合系數(shù)K31^ 0.3，壓電常數(shù)d33> 250，諧振頻率f r=300±10%kHz。采用導(dǎo)電環(huán)氧膠將壓電陶瓷片(負極)沿諧振膜徑向方向呈180°粘貼于諧振膜應(yīng)力集中的邊緣，粘貼位置4/5長度位于諧振膜片2有效尺寸內(nèi)，1/5長度粘貼于諧振膜片2固支端，壓電陶瓷在正電極焊接漆包導(dǎo)線通過焊接在諧振膜底部的絕緣子引出。
[0014]諧振膜片2采用頻率溫度系數(shù)和彈性模量溫度系數(shù)極低的恒彈性材，如3J53、3J58，保護管4和端蓋6采用與諧振膜片2相同的材料，這樣可以較好的消除溫度應(yīng)力；參考基準(zhǔn)腔有真空電子束焊接密封，可有效保證參考腔的穩(wěn)定性。
【主權(quán)項】
1.一種電磁激勵諧振膜壓力傳感器，其特征在于:包括壓電激勵元件(1)、諧振膜片(2)、壓電拾取元件(3)、保護管(4)、玻璃絕緣子(5)和端蓋(6)，其中諧振膜片(2)內(nèi)表面和端蓋(6)通過真空電子束焊接并抽成真空狀態(tài)構(gòu)成壓力參考基準(zhǔn)腔(7)，諧振膜片(2)外表面、保護管(4)內(nèi)表面和玻璃絕緣子(5)之間構(gòu)成壓力腔，保護管(4)頂部設(shè)有與外界連通的壓力孔，壓力腔通過壓力孔與外界連通，諧振膜片(2)外表面上側(cè)粘貼有壓電激勵元件(I)和壓電拾取元件(3 )，壓電激勵元件(I)和壓電拾取元件(3 )分別通過導(dǎo)線與信號放大拾取電路連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電磁激勵諧振膜壓力傳感器，其特征在于:壓電激勵元件(I)和壓電拾取元件(3)采用具有壓電效應(yīng)的壓電陶瓷材料，外形尺寸均為5mmX0.8mmX0.3mm，機電耦合系數(shù)K31彡0.3，壓電常數(shù)d 33> 250，諧振頻率f；=300±10%kHz。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的電磁激勵諧振膜壓力傳感器，其特征在于:壓電激勵元件(I)和壓電拾取元件(3)采用導(dǎo)電環(huán)氧膠將負極沿諧振膜徑向方向呈180°粘貼于諧振膜應(yīng)力集中的邊緣，粘貼位置4/5長度位于諧振膜片(2)有效尺寸內(nèi)，1/5長度粘貼于諧振膜片(2)固支端。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的電磁激勵諧振膜壓力傳感器，其特征在于:諧振膜片(2)、保護管(4)和端蓋(6)采用-40°C?80°C溫度范圍內(nèi)頻率溫度系數(shù)在(-10?30)X10_6/°C內(nèi)的恒彈性材。
【專利摘要】本發(fā)明屬于一種壓力傳感器，具體是一種電磁激勵諧振膜壓力傳感器。目的是提供一種小體積、低功耗、易于批量生產(chǎn)、穩(wěn)定性好的采用壓電激勵方式的諧振膜壓力傳感器。一種電磁激勵諧振膜壓力傳感器，包括壓電激勵元件、諧振膜片、壓電拾取元件、保護管、玻璃絕緣子和端蓋，其中諧振膜片內(nèi)表面和端蓋通過真空電子束焊接并抽成真空狀態(tài)構(gòu)成壓力參考基準(zhǔn)腔，諧振膜片外表面、保護管內(nèi)表面和玻璃絕緣子之間構(gòu)成壓力腔，保護管頂部設(shè)有與外界連通的壓力孔，壓力腔通過壓力孔與外界連通，諧振膜片外表面上側(cè)粘貼有壓電激勵元件和壓電拾取元件，壓電激勵元件和壓電拾取元件分別通過導(dǎo)線與信號放大拾取電路連接。
【IPC分類】G01L1-10, G01L9-00
【公開號】CN104568238
【申請?zhí)枴緾N201410739230
【發(fā)明人】李拉兔, 姚敏強, 宋繼紅
【申請人】太原航空儀表有限公司
【公開日】2015年4月29日
【申請日】2014年12月8日