CN203376085U - 一种高精度双端固定谐振音叉式压力传感器 - Google Patents
一种高精度双端固定谐振音叉式压力传感器 Download PDFInfo
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Abstract
本实用新型公开了一种高精度双端固定谐振音叉式压力传感器，其包括压力承载单元、微杠杆机构、柔性接触点、压力音叉、参考音叉、激励压电元件、测频压电元件、主体和嵌入式处理模块，所述压力音叉和参考音叉位于同一块恒弹性合金基材主体上，大小相同，位置相邻，两个音叉的音叉臂互相平行，且均有一个激励压电元件和一个测频压电元件安装在各音叉的两个音叉臂上，激励压电元件输入与测频压电元件输出均连接到嵌入式处理模块中，参考音叉两端固定在主体上，压力音叉一端固定在主体上，另一端与微杠杆机构相连，微杠杆机构一端与恒弹性合金基材通过一个柔性接触点相连，微杠杆机构另一端上方与压力承载单元相连。上述压力传感器采用两个谐振音叉的组合方式，结构简单，温漂补偿实现方便，提高了压力传感器的长期使用精度。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种高精度压力测量传感器，尤其涉及一种通过解决温漂问题提高测量精度的双端固定谐振音叉式压力传感器。
背景技术
压力传感器是使用最为广泛的一种传感器，它是一种利用各种机构及测量原理将压力转换为可测量的电压、电流型模拟信号或频率型数字信号的测量元件。双端固定谐振音叉式压力传感器是一种高精度的频率输出型压力传感器。双端固定谐振音叉（DETF）是一种新型谐振结构, 它在一种低温度漂移特性的材料上利用线切割、光刻、腐蚀等方法加工而成，它由两根平行的梁组成, 梁的末端合并, 并与其它结构相连, 形状像个两端合并、固定的音叉。当通过适当的激励方式使两个音叉臂在其平面内反相振动时, 两个音叉臂在它们的合并区域产生的应力和力矩方向相反, 互相抵消, 这样使得整个结构通过固定连接端与外界的能量耦合可以忽略不计, 振动系统的能量损失小。当有外界轴向力作用时, 音叉臂的固有振动频率变化量与之成线性关系改变，根据这一原理, 把双端固定谐振音叉与其它结构相连就可以制作成以频率信号为输出的压力传感器，该压力传感器有结构简单、线性度好、灵敏度高、易大量生产、易与计算机接口等特点, 已被广泛应用在精密数字天平中。
在实际工作中，由于温度对材料的影响，会使双端固定谐振音叉的固有频率发生变化，从而影响测量的准确度。为纠正温度测量漂移，除了采用低温漂系数的材料外，通用的办法是在传感器旁安装一个温敏元件，并测出不同温度下的漂移数据，并通过软件纠正的办法进行温漂补偿，从而提高不同温度下测量的稳定性。由于采用测温软件补偿的办法，存在音叉自身材料、尺寸的差异性及加工精度的影响，从而使得各个音叉的温漂情况有所不同，故需要逐台多点测温补偿，费时费力；同时因为材料使用后的老化问题，会使的其温漂特性发生变化，进而影响测量的长期稳定性。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本实用新型的目的在于提供一种高精度双端固定谐振音叉式压力传感器。
为达到上述目的，本实用新型的技术方案为：其包括压力承载单元、微杠杆机构、柔性接触点、压力音叉、参考音叉、激励压电元件、测频压电元件、主体和嵌入式处理模块，所述压力音叉和参考音叉位于同一块主体基材上，大小相同，位置相邻，两个音叉的音叉臂互相平行，且均有一个激励压电元件和一个测频压电元件安装在各音叉的两个音叉臂上，激励压电元件输入与测频压电元件输出均连接到嵌入式处理模块中。
采用上述结构的双端固定谐振音叉式压力传感器，压力音叉通过微杠杆机构、压力承载单元与外部压力相连，用于输出与外部压力相对应的频率信号，参考音叉则双端固定，且不与外部任何压力直接相连，用于输出一个固定的频率信号。由于两个音叉所在的位置相邻，且材质相同，故当外界温度发生变化时，两个音叉所受到的温漂影响相同，这时可通过测量不与外部压力相连的参考音叉的频率变化量来作为压力音叉的温漂补偿。
采用上述结构后，本实用新型的有益效果是：温漂补偿简单易用，系统只需保存出厂时的两个音叉的初始频率及一个线性因子即可，对压力音叉的温漂补偿可以通过同时对参考音叉频率的变化量进行测量来实现，从而不需要费时费力进行逐点温度预先测量与多点数据保存补偿，以及避免当设备长期运行由于性能老化造成温漂数据变化从而导致补偿不准确等问题。该传感器结构简单，人工干预少，降低了劳动强度，提高了工作效率，提高了压力传感器的长期使用精度。
附图说明
下面结合附图对本实用新型作进一步详细的说明：
图1为本实用新型的正面视图；
具体实施方式
为使对本实用新型的结构特征及其所达到的功能效果有更进一步的了解与认识，用以较佳的实施例及附图配合详细的说明，说明如下：
如附图1所示，本实用新型包括压力承载单元1、微杠杆机构2、柔性接触点3、压力音叉4、参考音叉5、激励压电元件6、测频压电元件7、主体8和嵌入式处理模块9，所述压力音叉4和参考音叉5位于同一块主体8基材上，大小相同，位置相邻，两个音叉的音叉臂互相平行，且均有一个激励压电元件6和一个测频压电元件7安装在各音叉的两个音叉臂上，激励压电元件输入6与测频压电元件7输出均连接到嵌入式处理模块9中。
所述主体8的材料为恒弹性合金。
所述压力承载单元1、微杠杆机构2、柔性接触点3、压力音叉4、参考音叉5均在一整块恒弹性合金基材上经过线切割、光刻、腐蚀加工成型，各部分相连，是一个完整的有机整体。
所述参考音叉5两端固定在主体8上。
所述压力音叉4一端固定在主体8上，另一端与微杠杆机构2相连。
所述微杠杆机构2一端与主体8通过一个柔性接触点3相连，并以柔性接触点3作为杠杆支点，微杠杆机构2另一端上方与压力承载单元1相连。
本实用新型的实施过程如下：
实际使用时(温度为T)，当在传感器压力承载单元1上面承受压力时，由于轴向力的变化，可测得压力音叉4的输出值X0(T),同时检测参考音叉5的输出值X1(T)。X0(T)与X1(T)可同时测出。
系统保存出厂时(温度为T0)压力音叉4的谐振初始值X0(T0)与参考音叉5的谐振初始值X1(T0)。
温漂补偿时，通过计算得到参考音叉5的频率输出变化量Δ1(T) = X1(T)-X1(T0)，将该变化量用作压力音叉4的补偿参考值，即实偿后压力音叉4的频率输出值调整为X0(T)’=X0(T)-KΔ1（T)，其中K为根据两个音叉尺寸等差异所设的线性因子，它可在出厂校准中设置。最终压力音叉4的频率改变值为Δ(T)=X0(T)’-X0(T0)。
以上对本技术方案所提供的一种高精度双端固定谐振音叉式压力传感器进行了详细介绍，对于本领域的一般技术人员，依据本技术方案实施的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本技术方案的限制，凡依本技术方案设计思想所做的任何改变都在本实用新型专利的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种高精度双端固定谐振音叉式压力传感器，其特征在于：其包括压力承载单元、微杠杆机构、柔性接触点、压力音叉、参考音叉、激励压电元件、测频压电元件、主体和嵌入式处理模块，所述压力音叉和参考音叉位于同一块主体基材上，大小相同，位置相邻，两个音叉的音叉臂互相平行，且均有一个激励压电元件和一个测频压电元件安装在各音叉的两个音叉臂上，激励压电元件输入与测频压电元件输出均连接到嵌入式处理模块中。
2.根据权利要求1所述的一种高精度双端固定谐振音叉式压力传感器，其特征在于：所述主体的材料为恒弹性合金。
3.根据权利要求1所述的一种高精度双端固定谐振音叉式压力传感器，其特征在于：所述压力承载单元、微杠杆机构、柔性接触点、压力音叉、参考音叉均在一整块恒弹性合金基材上经过线切割、光刻、腐蚀加工成型，各部分相连，是一个完整的有机整体。
4.根据权利要求1所述的一种高精度双端固定谐振音叉式压力传感器，其特征在于：所述参考音叉两端固定在主体上。
5.根据权利要求1所述的一种高精度双端固定谐振音叉式压力传感器，其特征在于：所述压力音叉一端固定在主体上，另一端与微杠杆机构相连。
6.根据权利要求1所述的一种高精度双端固定谐振音叉式压力传感器，其特征在于：所述微杠杆机构一端与主体通过一个柔性接触点相连，并以柔性接触点作为杠杆支点，微杠杆机构另一端上方与压力承载单元相连。
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Cited By (4)
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|---|---|---|---|---|
| CN103954305A (zh) * | 2014-05-09 | 2014-07-30 | 浙江大学 | 一种带有柔性杠杆的mems谐振式电荷传感器及其方法 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103954305A (zh) * | 2014-05-09 | 2014-07-30 | 浙江大学 | 一种带有柔性杠杆的mems谐振式电荷传感器及其方法 |
| CN109521377A (zh) * | 2017-09-20 | 2019-03-26 | 南京理工大学 | 磁致伸缩/谐振器串联复合的谐振式磁传感器 |
| CN109883580A (zh) * | 2019-03-19 | 2019-06-14 | 西安交通大学 | 一种全石英差动式谐振压力传感器芯片 |
| CN109883580B (zh) * | 2019-03-19 | 2020-11-17 | 西安交通大学 | 一种全石英差动式谐振压力传感器芯片 |
| CN112729661A (zh) * | 2020-12-29 | 2021-04-30 | 北京金迈捷科技有限公司 | 一种带温度信号输出的超低温压力传感器 |
| CN112729661B (zh) * | 2020-12-29 | 2024-03-19 | 北京金迈捷科技有限公司 | 一种带温度信号输出的超低温压力传感器 |
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