一種高精度雙端固定諧振音叉式壓力傳感器的制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種高精度雙端固定諧振音叉式壓力傳感器，其包括壓力承載單元、微杠桿機(jī)構(gòu)、柔性接觸點(diǎn)、壓力音叉、參考音叉、激勵(lì)壓電元件、測(cè)頻壓電元件、主體和嵌入式處理模塊，所述壓力音叉和參考音叉位于同一塊恒彈性合金基材主體上，大小相同，位置相鄰，兩個(gè)音叉的音叉臂互相平行，且均有一個(gè)激勵(lì)壓電元件和一個(gè)測(cè)頻壓電元件安裝在各音叉的兩個(gè)音叉臂上，激勵(lì)壓電元件輸入與測(cè)頻壓電元件輸出均連接到嵌入式處理模塊中，參考音叉兩端固定在主體上，壓力音叉一端固定在主體上，另一端與微杠桿機(jī)構(gòu)相連，微杠桿機(jī)構(gòu)一端與恒彈性合金基材通過(guò)一個(gè)柔性接觸點(diǎn)相連，微杠桿機(jī)構(gòu)另一端上方與壓力承載單元相連。上述壓力傳感器采用兩個(gè)諧振音叉的組合方式，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，溫漂補(bǔ)償實(shí)現(xiàn)方便，提高了壓力傳感器的長(zhǎng)期使用精度。
【專利說(shuō)明】一種高精度雙端固定諧振音叉式壓力傳感器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種高精度壓力測(cè)量傳感器，尤其涉及一種通過(guò)解決溫漂問(wèn)題提高測(cè)量精度的雙端固定諧振音叉式壓力傳感器。
【背景技術(shù)】
[0002]壓力傳感器是使用最為廣泛的一種傳感器，它是一種利用各種機(jī)構(gòu)及測(cè)量原理將壓力轉(zhuǎn)換為可測(cè)量的電壓、電流型模擬信號(hào)或頻率型數(shù)字信號(hào)的測(cè)量元件。雙端固定諧振音叉式壓力傳感器是一種高精度的頻率輸出型壓力傳感器。雙端固定諧振音叉(DETF)是一種新型諧振結(jié)構(gòu)，它在一種低溫度漂移特性的材料上利用線切割、光刻、腐蝕等方法加工而成，它由兩根平行的梁組成，梁的末端合并，并與其它結(jié)構(gòu)相連，形狀像個(gè)兩端合并、固定的音叉。當(dāng)通過(guò)適當(dāng)?shù)募?lì)方式使兩個(gè)音叉臂在其平面內(nèi)反相振動(dòng)時(shí)，兩個(gè)音叉臂在它們的合并區(qū)域產(chǎn)生的應(yīng)力和力矩方向相反，互相抵消，這樣使得整個(gè)結(jié)構(gòu)通過(guò)固定連接端與外界的能量耦合可以忽略不計(jì)，振動(dòng)系統(tǒng)的能量損失小。當(dāng)有外界軸向力作用時(shí)，音叉臂的固有振動(dòng)頻率變化量與之成線性關(guān)系改變，根據(jù)這一原理，把雙端固定諧振音叉與其它結(jié)構(gòu)相連就可以制作成以頻率信號(hào)為輸出的壓力傳感器，該壓力傳感器有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、線性度好、靈敏度高、易大量生產(chǎn)、易與計(jì)算機(jī)接口等特點(diǎn)，已被廣泛應(yīng)用在精密數(shù)字天平中。
[0003]在實(shí)際工作中，由于溫度對(duì)材料的影響，會(huì)使雙端固定諧振音叉的固有頻率發(fā)生變化，從而影響測(cè)量的準(zhǔn)確度。為糾正溫度測(cè)量漂移，除了采用低溫漂系數(shù)的材料外，通用的辦法是在傳感器旁安裝一個(gè)溫敏元件，并測(cè)出不同溫度下的漂移數(shù)據(jù)，并通過(guò)軟件糾正的辦法進(jìn)行溫漂補(bǔ)償，從而提高不同溫度下測(cè)量的穩(wěn)定性。由于采用測(cè)溫軟件補(bǔ)償?shù)霓k法，存在音叉自身材料、尺寸的差異性及加工精度的影響，從而使得各個(gè)音叉的溫漂情況有所不同，故需要逐臺(tái)多點(diǎn)測(cè)溫補(bǔ)償，費(fèi)時(shí)費(fèi)力；同時(shí)因?yàn)椴牧鲜褂煤蟮睦匣瘑?wèn)題，會(huì)使的其溫漂特性發(fā)生變化，進(jìn)而影響測(cè)量的長(zhǎng)期穩(wěn)定性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本實(shí)用新型的目的在于提供一種高精度雙端固定諧振音叉式壓力傳感器。
[0005]為達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型的技術(shù)方案為:其包括壓力承載單元、微杠桿機(jī)構(gòu)、柔性接觸點(diǎn)、壓力音叉、參考音叉、激勵(lì)壓電元件、測(cè)頻壓電元件、主體和嵌入式處理模塊，所述壓力音叉和參考音叉位于同一塊主體基材上，大小相同，位置相鄰，兩個(gè)音叉的音叉臂互相平行，且均有一個(gè)激勵(lì)壓電元件和一個(gè)測(cè)頻壓電元件安裝在各音叉的兩個(gè)音叉臂上，激勵(lì)壓電元件輸入與測(cè)頻壓電元件輸出均連接到嵌入式處理模塊中。
[0006]采用上述結(jié)構(gòu)的雙端固定諧振音叉式壓力傳感器，壓力音叉通過(guò)微杠桿機(jī)構(gòu)、壓力承載單元與外部壓力相連，用于輸出與外部壓力相對(duì)應(yīng)的頻率信號(hào)，參考音叉則雙端固定，且不與外部任何壓力直接相連，用于輸出一個(gè)固定的頻率信號(hào)。由于兩個(gè)音叉所在的位置相鄰，且材質(zhì)相同，故當(dāng)外界溫度發(fā)生變化時(shí)，兩個(gè)音叉所受到的溫漂影響相同，這時(shí)可通過(guò)測(cè)量不與外部壓力相連的參考音叉的頻率變化量來(lái)作為壓力音叉的溫漂補(bǔ)償。
[0007]采用上述結(jié)構(gòu)后，本實(shí)用新型的有益效果是:溫漂補(bǔ)償簡(jiǎn)單易用，系統(tǒng)只需保存出廠時(shí)的兩個(gè)音叉的初始頻率及一個(gè)線性因子即可，對(duì)壓力音叉的溫漂補(bǔ)償可以通過(guò)同時(shí)對(duì)參考音叉頻率的變化量進(jìn)行測(cè)量來(lái)實(shí)現(xiàn)，從而不需要費(fèi)時(shí)費(fèi)力進(jìn)行逐點(diǎn)溫度預(yù)先測(cè)量與多點(diǎn)數(shù)據(jù)保存補(bǔ)償，以及避免當(dāng)設(shè)備長(zhǎng)期運(yùn)行由于性能老化造成溫漂數(shù)據(jù)變化從而導(dǎo)致補(bǔ)償不準(zhǔn)確等問(wèn)題。該傳感器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，人工干預(yù)少，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了工作效率，提高了壓力傳感器的長(zhǎng)期使用精度。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0008]下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明:
[0009]圖1為本實(shí)用新型的正面視圖；
【具體實(shí)施方式】
[0010]為使對(duì)本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)特征及其所達(dá)到的功能效果有更進(jìn)一步的了解與認(rèn)識(shí)，用以較佳的實(shí)施例及附圖配合詳細(xì)的說(shuō)明，說(shuō)明如下:
[0011]如附圖1所示，本實(shí)用新型包括壓力承載單元1、微杠桿機(jī)構(gòu)2、柔性接觸點(diǎn)3、壓力音叉4、參考音叉5、激勵(lì)壓電元件6、測(cè)頻壓電元件7、主體8和嵌入式處理模塊9，所述壓力音叉4和參考音叉5位于同一塊主體8基材上，大小相同，位置相鄰，兩個(gè)音叉的音叉臂互相平行，且均有一個(gè)激勵(lì)壓電元件6和一個(gè)測(cè)頻壓電元件7安裝在各音叉的兩個(gè)音叉臂上，激勵(lì)壓電元件輸入6與測(cè)頻壓電元件7輸`出均連接到嵌入式處理模塊9中。
[0012]所述主體8的材料為恒彈性合金。
[0013]所述壓力承載單元1、微杠桿機(jī)構(gòu)2、柔性接觸點(diǎn)3、壓力音叉4、參考音叉5均在一整塊恒彈性合金基材上經(jīng)過(guò)線切割、光刻、腐蝕加工成型，各部分相連，是一個(gè)完整的有機(jī)整體。
[0014]所述參考音叉5兩端固定在主體8上。
[0015]所述壓力音叉4 一端固定在主體8上，另一端與微杠桿機(jī)構(gòu)2相連。
[0016]所述微杠桿機(jī)構(gòu)2 —端與主體8通過(guò)一個(gè)柔性接觸點(diǎn)3相連，并以柔性接觸點(diǎn)3作為杠桿支點(diǎn)，微杠桿機(jī)構(gòu)2另一端上方與壓力承載單兀I相連。
[0017]本實(shí)用新型的實(shí)施過(guò)程如下:
[0018]實(shí)際使用時(shí)(溫度為T)，當(dāng)在傳感器壓力承載單元I上面承受壓力時(shí)，由于軸向力的變化，可測(cè)得壓力音叉4的輸出值XO(T),同時(shí)檢測(cè)參考音叉5的輸出值Xl (T)。XO (T)與Xl (T)可同時(shí)測(cè)出。
[0019]系統(tǒng)保存出廠時(shí)(溫度為T0)壓力音叉4的諧振初始值XO (TO)與參考音叉5的諧振初始值Xl (TO)。
[0020]溫漂補(bǔ)償時(shí)，通過(guò)計(jì)算得到參考音叉5的頻率輸出變化量△ I⑴=Xl (T)-Xl (TO)，將該變化量用作壓力音叉4的補(bǔ)償參考值，即實(shí)償后壓力音叉4的頻率輸出值調(diào)整為XO(T) ’ =XO (T)-K Λ I (T)，其中K為根據(jù)兩個(gè)音叉尺寸等差異所設(shè)的線性因子，它可在出廠校準(zhǔn)中設(shè)置。最終壓力音叉4的頻率改變值為Λ (T) =XO (T) ’ -XO (TO)。[0021]以上對(duì)本技術(shù)方案所提供的一種高精度雙端固定諧振音叉式壓力傳感器進(jìn)行了詳細(xì)介紹，對(duì)于本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員，依據(jù)本技術(shù)方案實(shí)施的思想，在【具體實(shí)施方式】及應(yīng)用范圍上均會(huì)有改變之處，綜上所述，本說(shuō)明書內(nèi)容不應(yīng)理解為對(duì)本技術(shù)方案的限制，凡依本技術(shù)方案設(shè)計(jì)思想所做的任何改變都在本實(shí)用新型專利的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種高精度雙端固定諧振音叉式壓力傳感器，其特征在于:其包括壓力承載單元、微杠桿機(jī)構(gòu)、柔性接觸點(diǎn)、壓力音叉、參考音叉、激勵(lì)壓電元件、測(cè)頻壓電元件、主體和嵌入式處理模塊，所述壓力音叉和參考音叉位于同一塊主體基材上，大小相同，位置相鄰，兩個(gè)音叉的音叉臂互相平行，且均有一個(gè)激勵(lì)壓電元件和一個(gè)測(cè)頻壓電元件安裝在各音叉的兩個(gè)音叉臂上，激勵(lì)壓電元件輸入與測(cè)頻壓電元件輸出均連接到嵌入式處理模塊中。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高精度雙端固定諧振音叉式壓力傳感器，其特征在于:所述主體的材料為恒彈性合金。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高精度雙端固定諧振音叉式壓力傳感器，其特征在于:所述壓力承載單元、微杠桿機(jī)構(gòu)、柔性接觸點(diǎn)、壓力音叉、參考音叉均在一整塊恒彈性合金基材上經(jīng)過(guò)線切割、光刻、腐蝕加工成型,各部分相連,是一個(gè)完整的有機(jī)整體。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高精度雙端固定諧振音叉式壓力傳感器，其特征在于:所述參考音叉兩端固定在主體上。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高精度雙端固定諧振音叉式壓力傳感器，其特征在于:所述壓力音叉一端固定在主體上，另一端與微杠桿機(jī)構(gòu)相連。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高精度雙端固定諧振音叉式壓力傳感器，其特征在于:所述微杠桿機(jī)構(gòu)一端與主體通過(guò)一個(gè)柔性接觸點(diǎn)相連，并以柔性接觸點(diǎn)作為杠桿支點(diǎn)，微杠桿機(jī)構(gòu)另一端上方與壓力承載單元相連。
【文檔編號(hào)】G01L1/26GK203376085SQ201320319044
【公開日】2014年1月1日 申請(qǐng)日期:2013年6月5日 優(yōu)先權(quán)日:2013年6月5日
【發(fā)明者】林志雄, 黃劍航 申請(qǐng)人:莆田學(xué)院