一种利用压电原理测量压力的压力传感器及其工作方法技术

本发明专利技术公开了一种利用压电原理测量压力的压力传感器及其工作方法，结构简单，且利用压电原理，实现将压力量转化为电学量进行测量，易于实现。本发明专利技术的压力传感器包括衬底，可动薄膜、下导体层、中导体层、悬臂梁和上导体层，其中，衬底的上部设有空腔，可动薄膜固定连接在衬底的顶面，且可动薄膜覆盖在空腔上；悬臂梁固定连接在衬底的顶面，且悬臂梁位于空腔上方，下导体层固定连接在可动薄膜上，中导体层固定连接在悬臂梁的底面，下导体层和中导体层相对，上导体层固定连接在悬臂梁的顶面。

【技术实现步骤摘要】
一种利用压电原理测量压力的压力传感器及其工作方法
本专利技术涉及压力传感器，具体来说，涉及一种利用压电原理测量压力的压力传感器及其工作方法。
技术介绍
在利用硅微加工技术实现的产品中，压力传感器是发展最早的一类。传统的压力传感器有压阻式，电容式，谐振式等，根据特点可应用于不同场合。这些传统传感器的电阻存在温漂，微小电容检测难度大等缺点。
技术实现思路
技术问题：本专利技术需要解决的技术问题是，提供一种利用压电原理测量压力的压力传感器及其工作方法，结构简单，且利用压电原理，实现将压力量转化为电学量进行测量，易于实现。技术方案：为了解决上述技术问题，本专利技术实施例采用的技术方案是：一种利用压电原理测量压力的压力传感器，包括衬底，可动薄膜、下导体层、中导体层、悬臂梁和上导体层，其中，衬底的上部设有空腔，可动薄膜固定连接在衬底的顶面，且可动薄膜覆盖在空腔上；悬臂梁固定连接在衬底的顶面，且悬臂梁位于空腔上方，下导体层固定连接在可动薄膜上，中导体层固定连接在悬臂梁的底面，下导体层和中导体层相对，上导体层固定连接在悬臂梁的顶面。作为优选例，所述的下导体层位于空腔的正上方。作为优选例，所述的空腔的顶面为可动薄膜。本专利技术实施例还提供一种压力传感器的工作方法，包括：当外界压力施加在传感器表面时，可动薄膜发生弯曲，悬臂梁与可动薄膜的间距发生改变；然后在下导体层、中导体层上施加激励电压，产生的静电引力使悬臂梁向下位移；在悬臂梁发生位移形变时，通过中导体层和上导体层测量感应电压；通过所述感应电压获得外界压力值。有益效果：与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：本专利技术结构简单，只有衬底，薄膜，压电悬臂梁等组成部分利用压电效应的原理，在一些适合进行电压与电流测试的场合用起来及其方便。本传感器提出一种新的传感器结构，利用压电原理测量压力的压力传感器及其工作方法，其结构简单，响应速度快；且利用压电原理，实现将压力量转化为电学量进行测量，易于实现，也避免了传统传感器的电阻存在温漂，微小电容检测难度大等缺点。附图说明图1是本专利技术实施例的结构示意图。图中有：衬底1、空腔101、可动薄膜2、下导体层3、中导体层4、悬臂梁5、上导体层6。具体实施方式下面结合附图，对本专利技术实施例的技术方案进行详细的说明。如图1所示，本专利技术实施例的利用压电原理测量压力的压力传感器，包括衬底1，可动薄膜2、下导体层3、中导体层4、悬臂梁5和上导体层6。衬底1的上部设有空腔101，可动薄膜2固定连接在衬底1的顶面，且可动薄膜2覆盖在空腔101上；悬臂梁5固定连接在衬底1的顶面，且悬臂梁5位于空腔101上方，下导体层3固定连接在可动薄膜2上，中导体层4固定连接在悬臂梁5的底面，下导体层3和中导体层4相对，上导体层6固定连接在悬臂梁5的顶面。上述实施例的压力传感器工作时，当外界压力施加在传感器表面时，可动薄膜2发生弯曲，悬臂梁5与可动薄膜2的间距发生改变；然后在下导体层3、中导体层4上施加激励电压，下导体层3和中导体层4之间产生的静电引力，使悬臂梁5向下位移。在悬臂梁5发生位移形变时，通过中导体层4和上导体层6测量感应电压；通过所述感应电压获得外界压力值。上述工作过程中，在悬臂梁5发生位移形变的时候，悬臂梁5中会产生感应电压Vout。悬臂梁5采用压电材料制成。当悬臂梁5发生位移的时候会有电压产生。通过中间导体层4和上导体层6可以测量得到感应电压Vout。感应电压Vout的大小与悬臂梁5位移形变量有直接关系。悬臂梁5可以位移形变的大小由g。决定，g。受可动薄膜2的形变控制，可动薄膜2受外界压力P控制。也就是说，感应电压Vout与外界压力P之间是一一对应的关系，如表1所示。表1感应电压Vout外界压力PVout1P1Vout2P2……这样，只要测出悬臂梁5发生形变时的感应电压Vout值，就可以通过表1测出外界压力P，实现压力测量的目的。作为优选例，所述的下导体层3位于空腔101的正上方。所述的空腔101的顶面为可动薄膜2。当外界压力施加在空腔101正上方的可动薄膜2上时，可动薄膜2发生形变。当下导体层3位于空腔101的正上方时，其位移量最大，能够更加精准的测量外界压力。本专利技术实施例的压力传感器采用衬底上的可动薄膜2作为压力敏感膜。本专利技术实施例的压力传感器中，悬臂梁5由压电材料构成，其上下各设有一层导体材料。本专利技术由于悬臂梁为压电材料，所以当悬臂梁发生形变时，其产生感应电压。本专利技术利用压电原理对压力进行测量。这种测量方式重点是把对于压力的测量转换为对电压的测量，操作方便，适合各种方便测量电压的场合。以上显示和描述了本专利技术的基本原理、主要特征和优点。本领域的技术人员应该了解，本专利技术不受上述具体实施例的限制，上述具体实施例和说明书中的描述只是为了进一步说明本专利技术的原理，在不脱离本专利技术精神和范围的前提下，本专利技术还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本专利技术范围内。本专利技术要求保护的范围由权利要求书及其等效物界定。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种利用压电原理测量压力的压力传感器，其特征在于，该压力传感器包括衬底(1)，可动薄膜(2)、下导体层(3)、中导体层(4)、悬臂梁(5)和上导体层(6)，其中，衬底(1)的上部设有空腔(101)，可动薄膜(2)固定连接在衬底(1)的顶面，且可动薄膜(2)覆盖在空腔(101)上；悬臂梁(5)固定连接在衬底(1)的顶面，且悬臂梁(5)位于空腔(101)上方，下导体层(3)固定连接在可动薄膜(2)上，中导体层(4)固定连接在悬臂梁(5)的底面，下导体层(3)和中导体层(4)相对，上导体层(6)固定连接在悬臂梁(5)的顶面。

【技术特征摘要】
1.一种利用压电原理测量压力的压力传感器，其特征在于，该压力传感器包括衬底(1)，可动薄膜(2)、下导体层(3)、中导体层(4)、悬臂梁(5)和上导体层(6)，其中，衬底(1)的上部设有空腔(101)，可动薄膜(2)固定连接在衬底(1)的顶面，且可动薄膜(2)覆盖在空腔(101)上；悬臂梁(5)固定连接在衬底(1)的顶面，且悬臂梁(5)位于空腔(101)上方，下导体层(3)固定连接在可动薄膜(2)上，中导体层(4)固定连接在悬臂梁(5)的底面，下导体层(3)和中导体层(4)相对，上导体层(6)固定连接在悬臂梁(5)的顶面。2.按照权利要求1所述的利用压电原理...

【专利技术属性】
技术研发人员：聂萌，夏云汉，杨恒山，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32