振動和磁場雙重傳感器的制造方法
【專利摘要】本發明公開了一種振動和磁場雙重傳感器，其包括具有中空結構的基座、安裝于所述基座上的磁傳感部、振動傳感部、振動傳感部導電焊針和磁傳感部導電焊針，所述振動傳感部包括彈性板、安裝于所述彈性板上的壓電片和磁性振子，所述彈性板的周沿支撐于所述基座上，所述壓電片與振動傳感部導電焊針電連接以輸出振動信號；所述磁傳感部用于感應變化的磁場并產生差分信號，所述磁傳感部導電焊針與所述磁傳感部電連接以輸出磁變信號。綜上，本發明具有振動和磁變雙重檢測功能，適用性廣，且所述彈性板沿其軸向振動，共振頻率低，檢測靈敏度高、結構簡單且成本低。
【專利說明】振動和磁場雙重傳感器
【技術領域】
[0001]本發明屬于微納電子【技術領域】，具體涉及一種震動監測及磁變監測的振動和磁場雙重傳感器，結構簡單、精度高、適用性廣。
【背景技術】
[0002]磁傳感器是把磁場、電流、應力應變、溫度、光等引起敏感元件磁性能的變化轉換成電信號，以這種方式來檢測相應物理量的器件，而在生活中很多地方都需要用到磁傳感器，比如說電腦硬盤、指南針、家用電器、車輛等等，在這些領域需要用磁傳感器做電流傳感、角度傳感、齒輪傳感、太空環境測量等待。綜上，由于被檢測信號的強度越來越弱，這就需要磁性傳感器靈敏度得到極大提高，目前的磁傳感器的技術發展趨勢主要在于提高靈敏度。
[0003]然而，現有的磁傳感器，例如專利US20090195243公開的磁傳感器，通過懸臂梁的左右擺動帶動磁鐵的移動，產生變化磁場，通過巨磁阻(GMR, Giant Magneto Resistive)感應此變化，從而輸出差分信號，由于所述懸臂梁的共振頻率高，容易限制影響磁傳感器的其靈敏度，如果為了提高靈敏度而將懸臂梁做得太細以降低其共振頻率，則易發生變形，同時也會不可避免的造成懸臂梁的扭曲形變，帶來檢測誤差，而且上述磁傳感器結構復雜、裝配困難且成本高。再者，此磁傳感器僅能檢測磁變化，適用性小。
[0004]故，急需一種可解決上述問題的結構簡單、精度高的磁傳感器。
【發明內容】
[0005]本發明的目的是提供一種振動和磁場雙重傳感器，該振動和磁場雙重傳感器可檢測振動信號和磁變信號、檢測靈敏度高且適用性廣。
[0006]為了實現上述目的，本發明揭露了一種振動和磁場雙重傳感器，基座、振動傳感部、磁傳感部、振動傳感部焊針和磁傳感部導電焊針，所述基座呈中空結構；振動傳感部包括彈性板、安裝于所述彈性板上的壓電片和磁性振子，所述彈性板的周沿支撐于所述基座上，所述中空結構為所述彈性板提供運動空間，受到震動時所述彈性板沿垂直所述彈性板的方向運動，以使所述磁性振子提供變化的磁場、所述壓電片因變形產生振動信號；振動傳感部導電焊針安裝于所述基座上并與所述壓電片電連接以輸出所述振動信號；所述磁傳感部用于感應變化的磁場并產生差分信號；磁傳感部導電焊針安裝于所述基座上并與所述磁敏感芯片電連接以輸出所述差分信號。
[0007]本發明受到震動時所述彈性板帶動所述磁性振子沿垂直所述彈性板的方向運動，所述壓電片因變形輸出電壓信號同時，所述磁敏感芯片感應所述磁性振子運動引起的磁性變化而輸出差分電壓信號，兩種輸出均可反應環境振動變化，在無振動發生時，即振動感應部無輸出時，所述磁傳感部依然可依據是否有輸出來判斷環境磁場是否發生變化，因而具有雙重功能，可進行振動和磁變雙重檢測功能，適用性廣。再者與現有技術相比，本發明所述彈性板沿其軸向振動，共振頻率低，彈性系數小，對微小振動也十分靈敏，檢測靈敏度高且結構簡單成本低。
[0008]較佳地，所述磁性振子位于所述彈性板的中心處。
[0009]較佳地，所述磁傳感部包括安裝于所述基座上的PCB板和安裝于所述PCB板上的磁感應芯片,所述磁感應芯片的磁敏感方向與所述磁性振子的磁場方向平行。
[0010]具體地，所述磁感應芯片包括各向異性磁阻AMR磁感應芯片、巨磁阻GMR磁感應芯片、隧道磁阻TMR磁感應芯片、霍爾HALL效應磁敏感芯片或巨霍爾HALL效應磁敏感芯片。
[0011]具體地，所述磁感應部包括至少兩段磁敏感膜，兩所述磁敏感膜沿水平或者豎直方向并行排列并通過所述PCB板電連接成惠斯通電橋。
[0012]具體地，所述中空結構為開設于所述基座上的柱形孔，所述彈性板安裝于所述柱形孔的一端開口處，所述PCB板安裝于所述柱形孔的另一端開口處，結構簡單、便于組裝。
[0013]較佳地，所述彈性板與所述PCB板相對布設，進一步增加所述PCB板上磁敏感芯片感應磁場變化的靈敏度。
[0014]較佳地，所述磁性振子包括連接體和至少一磁鐵塊，所述連接體連接于所述彈性板和磁鐵塊之間，使得所述磁鐵塊的大小不受彈性板大小的限制。
[0015]較佳地，所述彈性板呈薄片狀，具有中心活動區、環繞所述中心活動區的至少一個彈性臂以及環繞所述彈性臂的外沿支撐部，所述中心活動區、彈性臂及外沿支撐部之間均有一定的間隙，所述間隙中均分布有支撐橋以連接相鄰的中心活動區、彈性臂及外沿支撐部，所述彈性板的外沿支撐部安裝于所述基座上。具體地，所述彈性臂有若干個，相鄰的彈性臂之間均有一定的間隙，所述間隙中均分布有支撐橋以連接相鄰的彈性臂。具體地，相鄰間隙中的支撐橋沿所述中心活動區交錯分布。具體地，所述壓電片的內沿位于所述彈性板的中心活動區，所述壓電片的外沿位于所述彈性板的外沿支撐部。
[0016]較佳地，所述壓電片由若干條狀PZT壓電片連接而成，若干所述條狀PZT壓電片沿所述彈性板的中心處呈放射狀分布。
[0017]較佳地，所述振動和磁場雙重傳感器還包括設于所述基座上端面上的基體，所述基體呈環形并設有供所述振動傳感部焊針穿過的導電孔、與所述壓電片之焊盤對應的壓電焊盤和電連接所述振動傳感部焊針與所述壓電焊盤的導電線路，且所述基體的內孔與所述基座的中空結構對應，所述彈性板安裝于所述基體上，所述壓電片設于所述彈性板上并與所述壓電焊盤電連接。更具體地，所述基體為印刷電路板，所述彈性板粘貼或螺紋安裝于所述印刷電路板上。更具體地，所述彈性板為彈性金屬板或聚合體柔性板，所述基體為金屬基體，且所述彈性板激光焊接于所述基體上。
[0018]較佳地，所述振動和磁場雙重傳感器還包括屏蔽蓋，所述屏蔽蓋蓋設于所述基座的端部并包覆于所述磁傳感部和振動傳感部外。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0019]圖1是本發明第一實施例中所述振動和磁場雙重傳感器的立體圖。
[0020]圖2是圖1中所述振動和磁場雙重傳感器的剖視圖。
[0021]圖3是圖1中所述振動和磁場雙重傳感器的分解示意圖。
[0022]圖4是圖1中所述振動和磁場雙重傳感器之振動傳感部的部分結構圖。
[0023]圖5是本發明所述彈性板的立體圖。
[0024]圖6是本發明第一實施例中所述振動和磁場雙重傳感器之磁傳感部的結構圖。
[0025]圖7是本發明第二實施例中所述振動和磁場雙重傳感器之磁傳感部的結構圖。
【具體實施方式】
[0026]為詳細說明本發明的技術內容、構造特征、所實現目的及效果，以下結合實施方式并配合附圖詳予說明。
[0027]參考圖1至圖4，本發明公開了一種振動和磁場雙重傳感器100，包括基座11、振動傳感部、磁傳感部、振動傳感部焊針112和磁傳感部導電焊針14，所述基座11呈中空結構，所述振動傳感部包括彈性板12、安裝于所述彈性板12上的壓電片16和磁性振子15，所述彈性板12的周沿支撐于所述基座11上，所述中空結構為所述彈性板12提供運動空間，受到震動時所述彈性板12沿垂直所述彈性板12的方向運動，所述磁性振子15隨之產生變化的磁場，所述壓電片16因變形產生電能以形成壓電信號，所述振動傳感部導電焊針112安裝于所述基座11上并與所述壓電片16電連接以輸出所述壓電信號；所述磁傳感部用于感應變化的磁場并產生差分信號；所述磁傳感部導電焊針14安裝于所述基座11上并與所述磁傳感部電連接以輸出所述差分信號。本發明受到震動時所述彈性板12帶動所述磁性振子15沿垂直所述彈性板12的方向運動，所述壓電片因變形輸出電電壓信號，同時，所述磁敏感芯片31感應所述磁性振子15運動引起的磁性變化而輸出差分電壓信號，兩種輸出均可反應環境振動變化，在無振動發生時，即振動感應部無輸出時，磁敏感芯片31可依據是否有輸出來判斷環境磁場是否發生變化，因而，具有振動和磁變雙重檢測功能，可同時檢測振動信號和磁變信號，適用性廣。再者本發明所述彈性板12沿其軸向振動，共振頻率低，彈性系數小，對微小振動也十分靈敏，檢測靈敏度高且結構簡單成本低。其中，在本實施例中所述磁性振子15安裝于所述彈性板12的中心處，當然，所述磁性振子15也可以由數個且分別安裝于所述彈性板12的其他位置。
[0028]參考圖2、3、6，所述磁傳感部包括安裝于所述基座上的PCB板13和安裝于所述PCB板13上的磁感應芯片31，所述磁感應芯片31的磁敏感方向與所述磁性振子15的磁場方向平行。具體地，參考圖6，所述磁傳感部之所述磁敏感芯片31包括至少兩條磁敏感膜311，兩所述磁敏感膜311沿水平方向并行排列于所述PCB板31上。其中，所述磁感應芯片31包括各向異性磁阻AMR磁感應芯片、巨磁阻GMR磁感應芯片、隧道磁阻TMR磁感應芯片、霍爾HALL效應磁敏感芯片或巨霍爾HALL效應磁敏感芯片。
[0029]較佳者，參考圖2，所述彈性板12與所述PCB板13相對布設，進一步增加所述PCB板13上磁敏感芯片31感應磁場變化的靈敏度。具體地，參考圖2，所述中空結構為開設于所述基座11上的柱形孔111，所述彈性板12安裝于所述柱形孔111的一端開口處，所述PCB板13安裝于所述柱形孔111的另一端開口處，結構簡單、便于組裝。
[0030]參考圖3和圖4，所述壓電片16由若干條狀PZT壓電片連接而成，若干所述條狀PZT壓電片沿所述彈性板12的中心處呈放射狀分布。當然，所述壓電片16的形狀并不限于此，所述壓電片還可以為整體結構PZT壓電片。其中，所述壓電片16為有鉛壓電陶瓷鋯鈦酸鉛(PZT)壓電片、鈮鎂酸鉛-鈦酸鉛(PMN-Pt)壓電片、無鉛壓電陶瓷鈦酸鋇(BT)無鉛壓電陶瓷或者鈮酸鹽系無鉛壓電陶瓷鈮鎳酸鉀(KNN)壓電片。所述壓電片為d33或d31型壓電片。所述壓電片為單層PZT壓電片或多層PZT壓電片。其中，所述壓電片的內沿位于所述彈性板12的中心活動區，所述壓電片的外沿位于所述彈性板12的外沿支撐部。
[0031]較佳者，參考圖2和圖3，所述基座11上蓋設有屏蔽蓋17，且所述屏蔽蓋17包覆所述磁傳感部和振動傳感部。
[0032]參考圖2和圖3，所述磁性振子15包括連接體151和磁鐵塊152，所述連接體151連接于所述彈性板12和磁鐵塊152之間，使得所述磁鐵塊152的大小不受彈性板12大小的限制。其中，所述磁鐵塊152還可以是多塊，并不局限于一塊。
[0033]參考圖5，所述彈性板12呈薄片狀，具有中心活動區121、環繞所述中心活動區121的彈性臂122以及環繞所述彈性臂122的外沿支撐部123，所述中心活動區121、彈性臂122及外沿支撐部124之間均有一定的間隙125，所述間隙125中均分布有支撐橋124以連接相鄰的中心活動區121、彈性臂12及外沿支撐部123。繼續參考圖5，彈性板12的彈性臂122有四個，相鄰的彈性臂122之間均有一定的間隙125，所述間隙125中均分布有支撐橋124以連接相鄰的彈性臂122。每個間隙125中的支撐橋124有兩個。同一間隙125中的支撐橋沿所述中心活動區121均勻分布，相鄰間隙125中125的支撐橋124沿所述中心活動區121交錯分布。當然，所述彈性臂122也可以是一個、兩個、三個或其他數目，支撐橋124也可以依據實際要求增減。
[0034]參考圖2至圖4，所述振動和磁場雙重傳感器100還包括設于所述基座11上端面上的基體21，所述基體21呈環形并設有供所述振動傳感部導電焊針112穿過的導電孔211、與所述壓電片16之焊盤對應的壓電焊盤212和電連接所述振動傳感部導電焊針112與所述壓電焊盤212的導電線路213，且所述基體21的內孔與所述基座11的中空結構對應，所述壓電片16設于所述彈性板12上并與所述壓電焊盤212電連接。其中，所述基體21為印刷電路板，所述彈性板12粘貼或螺紋安裝于所述印刷電路板上，當然，所述彈性板12還可以為彈性金屬板，此時所述基體21為金屬基體或聚合體柔性板，所述彈性板12激光焊接于所述基體21上。
[0035]參考圖1至圖4，工作時，所述彈性板12可因外界的振動帶動所述壓電片16和磁性振子15沿其軸向振動，所述壓電片16受到形變產生電能，即生成振動信號，所述振動傳感部導電焊針112將其輸送出去，磁性振子15在彈性板的振動過程中產生變化磁場，磁感應芯片31感應此變化，從而產生差分信號，即生成磁變信號，所述磁傳感部導電焊針14將其輸送出去。在外界無振動時，所述磁感應芯片31依然可因感應周圍磁場的變化，從而產生差分信號，即生成磁變信號，所述磁傳感部導電焊針14將其輸送出去。
[0036]參考圖7，為本發明第二實施例中所述PCB板的結構圖，與第一實施例不同的是，在該實施例中，所述磁敏感芯片31 ’的兩所述磁敏感膜311沿豎直方向并行排列于所述PCB板31上。
[0037]以上所揭露的僅為本發明的優選實施例而已，當然不能以此來限定本發明之權利范圍，因此依本發明申請專利范圍所作的等同變化，仍屬本發明所涵蓋的范圍。
【權利要求】
1.一種振動和磁場雙重傳感器,其特征在于,包括: 基座，所述基座呈中空結構； 振動傳感部，包括彈性板、安裝于所述彈性板上的壓電片和磁性振子，所述彈性板的周沿支撐于所述基座上，所述中空結構為所述彈性板提供運動空間，受到震動時所述彈性板沿垂直所述彈性板的方向運動，以使所述磁性振子提供變化的磁場、所述壓電片因變形產生振動信號； 振動傳感部導電焊針，安裝于所述基座上并與所述壓電片電連接以輸出所述振動信號; 磁傳感部，用于感應變化的磁場并產生差分信號； 磁傳感部焊針，安裝于所述基座上并與所述磁敏感芯片電連接以輸出所述差分信號。
2.如權利要求1所述的振動和磁場雙重傳感器，其特征在于，所述磁性振子位于所述彈性板的中心處。
3.如權利要求1所述的振動和磁場雙重傳感器，其特征在于，所述磁傳感部包括安裝于所述基座上的PCB板和安裝于所述PCB板上的磁感應芯片，所述磁感應芯片的磁敏感方向與所述磁性振子的磁場方向平行。
4.如權利要求3所述的振動和磁場雙重傳感器，其特征在于，所述磁感應芯片包括各向異性磁阻AMR磁感應芯片、巨磁阻GMR磁感應芯片、隧道磁阻TMR磁感應芯片、霍爾HALL效應磁敏感芯片或巨霍爾HALL效應磁敏感芯片。
5.如權利要求3所述的振動和磁場雙重傳感器，其特征在于，所述磁感應芯片包括至少兩段磁敏感膜，兩所述磁敏感膜沿水平或者豎直方向并行排列并通過所述PCB板電連接成惠斯通電橋。
6.如權利要求3所述的振動和磁場雙重傳感器，其特征在于，所述彈性板與所述PCB板相對布設。
7.如權利要求3所述的振動和磁場雙重傳感器，其特征在于，所述中空結構為開設于所述基座上的柱形孔，所述彈性板安裝于所述柱形孔的一端開口處，所述PCB板安裝于所述柱形孔的另一端開口處。
8.如權利要求1所述的振動和磁場雙重傳感器，其特征在于，所述磁性振子包括連接體和至少一磁鐵塊，所述連接體連接于所述彈性板和磁鐵塊之間。
9.如權利要求1所述的振動和磁場雙重傳感器，其特征在于，所述彈性板呈薄片狀，具有中心活動區、環繞所述中心活動區的至少一個彈性臂以及環繞所述彈性臂的外沿支撐部，所述中心活動區、彈性臂及外沿支撐部之間均有一定的間隙，所述間隙中均分布有支撐橋以連接相鄰的中心活動區、彈性臂及外沿支撐部，所述彈性板的外沿支撐部安裝于所述基座上。
10.如權利要求9所述的振動和磁場雙重傳感器，其特征在于，所述彈性臂有若干個，相鄰的彈性臂之間均有一定的間隙，所述間隙中均分布有支撐橋以連接相鄰的彈性臂。
11.如權利要求9或10中任一項所述的振動和磁場雙重傳感器，其特征在于，相鄰間隙中的支撐橋沿所述中心活動區交錯分布。
12.如權利要求1所述的振動和磁場雙重傳感器，其特征在于，所述壓電片由若干條狀PZT壓電片連接而成，若干所述條狀PZT壓電片沿所述彈性板的中心處呈放射狀分布。
13.如權利要求1所述的振動和磁場雙重傳感器，其特征在于，還包括設于所述基座上端面上的基體，所述基體呈環形并設有供所述振動傳感部焊針穿過的導電孔、與所述壓電片之焊盤對應的壓電焊盤和電連接所述振動傳感部焊針與所述壓電焊盤的導電線路，且所述基體的內孔與所述基座的中空結構對應，所述彈性板安裝于所述基體上，所述壓電片設于所述彈性板上并與所述壓電焊盤電連接。
14.如權利要求13所述的振動和磁場雙重傳感器，其特征在于，所述基體為印刷電路板，所述彈性板粘貼或螺紋安裝于所述印刷電路板上。
15.如權利要求13所述的振動和磁場雙重傳感器，其特征在于，所述彈性板為彈性金屬板或聚合體柔性板，所述基體為金屬基體，且所述彈性板激光焊接于所述基體上。
16.如權利要求1所述的振動和磁場雙重傳感器，其特征在于，還包括屏蔽蓋，所述屏蔽蓋蓋設于所述基座的端部并包覆于所述磁傳感部和振動傳感部外。
【文檔編號】G01D21/02GK104180849SQ201310199309
【公開日】2014年12月3日 申請日期:2013年5月24日 優先權日:2013年5月24日
【發明者】劉樂杰, 彭春雷 申請人:北京嘉岳同樂極電子有限公司