专利名称：一种光学原理的加速度传感器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种加速度传感器，尤其涉及一种光学原理的加速度传感器。
背景技术：
加速度传感器的工作原理主要有压电式、压阻式、可变电容式、热导式、机械式等 几种。根据量程、精度、可靠性等方面的要求，工业应用主要采用压电式和压阻式。压电式 加速度传感器依赖于压电材料，在受到冲击时容易退极化而失效；压阻式加速度传感器在 稳定性、量程、使用温度等方面存在不足。本发明的加速度传感器适于工业和其它应用，且 没有上述传感器的缺点。 应力发光发生于特殊的荧光材料。例如，专利CN1772836A "含有各向异性的应力
发光体的应力发光组合物及其制备方法"描述了应力发光体的制备方法并提供了应力发光
涂层。应力发光材料直接将机械能转化为光，无需外加激发光或电进行激发。 加速度信息以振动机械能的形式被转化为光之后，需要进行光电转换才能得到适
于检测和分析的电信号。光电转换元件利用了光电效应，包括释放出真空自由电子的外光
电效应，以及改变光电材料电学特性的内光电效应。以光伏效应为例，光照在半导体PN结
区，在PN结的两端就产生光生电动势。电压信号是常用的电测信号。

发明内容
本发明的目的在于提供一种光学原理的加速度传感器，传感器有自生特性，抗电 磁干扰，耐冲击和过载，使用温度高。 本发明是这样来实现的，它包括器件封装、支承结构、附加质量块、应力发光膜层、
光电转换元件，其特征是器件封装内连有支承结构，支承结构的端部连有附加质量块，在支
承结构的上表面涂覆应力发光膜层，应力发光膜层正上方有光电转换元件。 本发明所述的应力发光膜层为应力发光材料的镀层，优选材料是铝酸盐或者含有
应力发光材料的涂层。 本发明所述的支承结构的材料为金属、单晶或陶瓷。 本发明所述的附加质量块的材料为重质合金或其它高密度材料。 本发明所述的光电转换元件为光敏二极管、光敏三极管、光敏电阻或光电管。 本发明所述的器件封装内可以灌注添加阻尼液。 本发明的优点是具有自生特性，不需要供电，传感器始终维持待机状态；光学传 感，受电磁干扰的影响小；敏感材料无需极化或定向，耐冲击，抗过载能力强；使用温度范 围宽，可以高温应用。


图1为本发明的结构原理截面图。 在图中，1、应力发光膜层2、光电转换元件3、支承结构4、附加质量块5、引线6、器件封装
具体实施例方式
如图1所示，加速度传感器由应力发光膜层1、光电转换元件2、支承结构3、附加质 量块4、引线5及器件封装6组成。器件封装6内还可以灌注添加阻尼液。常见应力发光材 料为铝酸盐类。以铝酸盐应力发光材料和光学透明树脂的混合物涂覆支承结构3。支承结 构3的材质是金属合金、硅、碳膜或其它结构材料，材料的选择除机械特性外，还需要考虑 它和应力发光膜层1的热膨胀系数的匹配或隔离失配造成的热应力。附加质量块4可以采 用和支承结构3同种材料或不同于支承结构3材质的重质合金。附加质量块4和支承结构 3连接在一起，应力集中于应力发光膜层1的涂覆区域，可以提高器件的灵敏度。应力集中 的结构可以是图1的悬臂梁结构，也可以是其它形式。 加速度传感器的质量块M-刚度系数K-阻尼系数C的二阶系统模型中，忽略应力 发光膜层1的弹性系数的贡献，支承结构3提供了刚度系数K ;在没有灌注阻尼液时基本可 以忽略阻尼的影响；忽略支承结构3本身的质量，仅考虑质量块4的质量M，则该传感器的 理想固有频率为 通过黏贴、焊接、铆接等方式固定在器件封装6上的光电转换元件2的受光面正对 应力发光膜层1，以充分接收信号光。光电转换元件2通常选择光敏二极管或光敏三极管 等光伏元件，也可以选用光敏电阻、光电管、CMOS、甚至CCD作为光电元件。电信号由引线5 穿通器件封装6引出。光电转换元件2可以置于封装6外部，此情况下用导光元件穿通器 件封装6将信号荧光导出到光电转换元件2的受光面。 完整的测量和信号转换过程是在测量范围内，加速度场中加速度为a，附加质量 块4施加给支承结构3的力为F = Ma，支承结构3的应变"Ma，施加于应力发光膜层1的 应力^Ma，应力发光强度ocMa，光敏二极管输出短路电流ocMa或输出开路电压与应力发光
强度呈对数式单调变化。输出的电信号可以经过调理、变换、数字化，构成加速度变送器。
本发明基于以上原理，但不限于上述实施方式。
权利要求
一种光学原理的加速度传感器，它包括器件封装、支承结构、附加质量块、应力发光膜层、光电转换元件，其特征是器件封装内连有支承结构，支承结构的端部连有附加质量块，在支承结构的上表面涂覆应力发光膜层，应力发光膜层正上方有光电转换元件。
2. 根据权利要求1所述的一种光学原理的加速度传感器，其特征是所述的应力发光膜 层为应力发光材料的镀层，优选材料是铝酸盐或者含有应力发光材料的涂层。
3. 根据权利要求1所述的一种光学原理的加速度传感器，其特征是所述的支承结构的 材料为金属、单晶或陶瓷。
4. 根据权利要求1所述的一种光学原理的加速度传感器，其特征是所述的附加质量块 的材料为重质合金或其它高密度材料。
5. 根据权利要求1所述的一种光学原理的加速度传感器，其特征是所述的光电转换元 件为光敏二极管、光敏三极管、光敏电阻或光电管。
6. 根据权利要求1所述的一种光学原理的加速度传感器，其特征是所述的器件封装内 可以灌注添加阻尼液。
全文摘要
一种光学原理的加速度传感器，它包括器件封装、支承结构、附加质量块、应力发光膜层、光电转换元件，其特征是器件封装内连有支承结构，支承结构的端部连有附加质量块，在支承结构的上表面涂覆应力发光膜层，应力发光膜层正上方有光电转换元件。本发明的优点是具有自生特性，不需要供电，传感器始终维持待机状态；光学传感，受电磁干扰的影响小；敏感材料尤需极化或定向，耐冲击，抗过载能力强；使用温度范围宽，可以高温应用。
文档编号G01P15/093GK101793910SQ20101014172
公开日2010年8月4日 申请日期2010年4月8日 优先权日2010年4月8日
发明者何兴道, 张巍巍, 高益庆 申请人:南昌航空大学