专利名称：一种谐振式压力检测装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种压力检测装置，尤其是涉及一种基于压电蜂鸣片的谐振式压力检测装置。
背景技术：
自20世纪80年代以来，随着MEMS技术的发展，国外对微型压力传感器的研究异常活跃。传统的压阻式压力传感器受温度影响较大，不适合较高温度下的测量。而比较常用的电容式压力传感器，制造工艺复杂，制作成本高，线性度较差，且难于补偿。当某些电介质在一定方向上受到外力作用而发生形变时，其内部产生极化现象， 同时在它的两个相对表面上出现正负相反的电荷；当外力去掉后，它又会恢复到不带电状态，这种现象称为正压电效应。当作用力的方向改变时，电荷的极性也随之改变。同样，当在电介质的极化方向上施加电场时，这些电介质也会发生变形；当电场去掉后，电介质的变形随之消失，这种现象称为逆压电效应，或称为电致伸缩现象。依据电介质压电效应研制的一类传感器称为压电传感器。
发明内容本实用新型的目的是提供一种易与计算机连接，具有制作简单、精度高、成本低、 稳定性好等优点的谐振式压力检测装置。本实用新型设有传感元件、支架和反馈电路；传感元件设有上压电蜂鸣片和下压电蜂鸣片，上压电蜂鸣片和下压电蜂鸣片均设有铜片极和银电极，上压电蜂鸣片的铜片极与下压电蜂鸣片的铜片极通过导电粘合剂粘结并共同接地，传感元件置于支架上；反馈电路设有第一跟随器、第二跟随器、第一运算放大器、第二运算放大器和滤波器，第一跟随器输入端接上压电蜂鸣片的银电极，第一跟随器输出端接第一运算放大器输入端，第一运算放大器输出端接第二运算放大器输入端，第二运算放大器输出端接滤波器输入端，滤波器输出端接第二跟随器输入端，第二跟随器输出端接下压电蜂鸣片的银电极，第一跟随器另一输出端接外部示波器或上位机。所述上压电蜂鸣片与下压电蜂鸣片可选用圆环形压电蜂鸣片，圆环形压电蜂鸣片可直接市购。本实用新型的工作原理如下当重物置于传感元件的上压电蜂鸣片上时，重物会对传感元件产生垂直向下的作用力，传感元件发生相应的形变，即往下凹。由于压电晶体的正压电效应，上压电蜂鸣片的银电极输出负电压，该负电压经放大后传递至下压电蜂鸣片的银电极。由于压电晶体的逆压电效应，下压电蜂鸣片的银电极的电压导致下压电蜂鸣片向上凸起。由于传感元件即上压电蜂鸣片和下压电蜂鸣片是粘合在一起，则传感元件有向上凸起的弹性力，这样上压电蜂鸣片形变不断向水平位置过渡，上压电蜂鸣片的银电极电压不断减小，传递到下压电蜂鸣片的银电极上的电压也不断减小，传感元件向上凸起的弹性力逐渐减弱，这样，由于压力以及变化的弹性力的作用，传感元件会在水平位置附近实现振荡。在不同的压力作用下，振荡的振幅和频率不同。若传感元件由于惯性的作用，向上凸起越过水平位置平衡状态，这样上压电蜂鸣片的银电极会产生正电压，该正电压经反馈电路放大后传递到下压电蜂鸣片的银电极上的电压也为正电压，驱使传感元件有向下的弹性力，最后在弹性力和压力的作用下同样回归到水平位置平衡状态。与现有技术比较，本实用新型是基于蜂鸣片的谐振式压力检测装置，是基于电介质在不同压力下，因压电效应所引起的自激振荡的频率不同，不同的压力对应不同的频率值。将测得的频率值和重物压力大小在坐标轴上画出对应的点，可以拟合出压力和频率的关系曲线，通过检测频率值，间接实现对压力值的检测。由于其输出为频率量，因此易于与计算机接口，工艺简单，精度高，成本低，稳定性好，也易于集成化。本实用新型便于微细加工和集成，为微飞行器(微卫星和微型飞机等)研制提供先进的最佳选择的传感器技术，由于这种传感器是频率量输出，易于与现场总线挂接，因此这种传感器也非常适合于工业过程控制系统和其它精密测量的场合，微传感器的实现和应用，对许多技术领域，特别是对航空航天、遥感、医疗和工业自动化等方面的测控系统将产生影响深远的变革和革新。本传感器有广阔的军民两用前景，如机载用分布式大气数据计算机，工业上大量应用的压力变送器，以及气压计等。

图1为本实用新型实施例结构示意图。图2为本实用新型所述谐振式压力检测装置的压力与频率的拟合曲线。在图2中， 横坐标f为频率值，纵坐标N为压力值；N = af+b表示拟合曲线，a和b为常数；图2中的各发散点为各压力对应频率值的点。
具体实施方式
参见图1，本实用新型设有设有传感元件、支架4和反馈电路。传感元件设有上压电蜂鸣片1和下压电蜂鸣片2，上压电蜂鸣片1和下压电蜂鸣片2相同，均设有黄铜片极和银电极，上压电蜂鸣片1的黄铜片极12与下压电蜂鸣片2的黄铜片极21通过导电粘合剂粘结并共同接地，上压电蜂鸣片1的银电极11设于黄铜片极12上，下压电蜂鸣片2的银电极22设于黄铜片极21上。传感元件置于支架4上。反馈电路设有第一跟随器F1、第二跟随器F2、第一运算放大器Al、第二运算放大器A2和滤波器3。第一跟随器Fl输入端接上压电蜂鸣片1的银电极11，第一跟随器Fl输出端接第一运算放大器Al输入端，第一运算放大器Al输出端接第二运算放大器A2输入端，第二运算放大器A2输出端接滤波器3输入端， 滤波器3输出端接第二跟随器F2输入端，第二跟随器F2输出端接下压电蜂鸣片2的银电极22。第一跟随器Fl另一输出端Vout接外部示波器或上位机(图1和2中未画出)。示波器或上位机用于监视测量信号状态。上压电蜂鸣片1和下压电蜂鸣片2选用圆环形压电蜂鸣片(压电晶体为压电陶瓷)，圆环形压电蜂鸣片可直接市购。参见图2，本实用新型所述谐振式压力检测装置的压力与频率的关系曲线(负相关曲线)为N = af+b，其中a、b为常数。通过在输出端Vout接示波器读取频率值，代入关系曲线的代数式N = af+b，就可以间接地算出压力值，实现对压力的检测。
权利要求1.一种谐振式压力检测装置，其特征在于设有传感元件、支架和反馈电路；传感元件设有上压电蜂鸣片和下压电蜂鸣片，上压电蜂鸣片和下压电蜂鸣片相同，均设有铜片极和银电极，上压电蜂鸣片的铜片极与下压电蜂鸣片的铜片极通过导电粘合剂粘结并共同接地，传感元件置于支架上；反馈电路设有第一跟随器、第二跟随器、第一运算放大器、第二运算放大器和滤波器，第一跟随器输入端接上压电蜂鸣片的银电极，第一跟随器输出端接第一运算放大器输入端，第一运算放大器输出端接第二运算放大器输入端，第二运算放大器输出端接滤波器输入端，滤波器输出端接第二跟随器输入端，第二跟随器输出端接下压电蜂鸣片的银电极，第一跟随器另一输出端接外部示波器或上位机。
2.如权利要求1所述的一种谐振式压力检测装置，其特征在于所述上压电蜂鸣片与下压电蜂鸣片选用圆环形压电蜂鸣片。
专利摘要一种谐振式压力检测装置，涉及一种基于压电蜂鸣片的谐振式压力检测装置。提供一种易与计算机接口，制作简单、精度高、成本低、稳定性好的谐振式压力检测装置。设有上压电蜂鸣片、下压电蜂鸣片、支架、第一跟随器、第二跟随器、第一运算放大器、第二运算放大器和滤波器；上压电蜂鸣片的铜片极与下压电蜂鸣片的铜片极经导电粘合剂粘结并接地；第一跟随器输入端接上压电蜂鸣片银电极，第一跟随器输出端接第一运算放大器输入端，第一运算放大器输出端接第二运算放大器输入端，第二运算放大器输出端接滤波器输入端，滤波器输出端接第二跟随器输入端，第二跟随器输出端接接下压电蜂鸣片银电极；第一跟随器输出端接外部示波器或者上位机。
文档编号G01L1/16GK201974257SQ20112000861
公开日2011年9月14日 申请日期2011年1月12日 优先权日2011年1月12日
发明者傅科成, 冯勇建, 洪明 申请人:厦门大学