一種高精度雙端固定諧振音叉式壓力傳感器的制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種高精度雙端固定諧振音叉式壓力傳感器，其包括壓力承載單元、微杠桿機構、柔性接觸點、壓力音叉、參考音叉、激勵壓電元件、測頻壓電元件、主體和嵌入式處理模塊，所述壓力音叉和參考音叉位于同一塊恒彈性合金基材主體上，大小相同，位置相鄰，兩個音叉的音叉臂互相平行，且均有一個激勵壓電元件和一個測頻壓電元件安裝在各音叉的兩個音叉臂上，激勵壓電元件輸入與測頻壓電元件輸出均連接到嵌入式處理模塊中，參考音叉兩端固定在主體上，壓力音叉一端固定在主體上，另一端與微杠桿機構相連，微杠桿機構一端與恒彈性合金基材通過一個柔性接觸點相連，微杠桿機構另一端上方與壓力承載單元相連。上述壓力傳感器采用兩個諧振音叉的組合方式，結構簡單，溫漂補償實現方便，提高了壓力傳感器的長期使用精度。
【專利說明】一種高精度雙端固定諧振音叉式壓力傳感器
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種高精度壓力測量傳感器，尤其涉及一種通過解決溫漂問題提高測量精度的雙端固定諧振音叉式壓力傳感器。
【背景技術】
[0002]壓力傳感器是使用最為廣泛的一種傳感器，它是一種利用各種機構及測量原理將壓力轉換為可測量的電壓、電流型模擬信號或頻率型數字信號的測量元件。雙端固定諧振音叉式壓力傳感器是一種高精度的頻率輸出型壓力傳感器。雙端固定諧振音叉(DETF)是一種新型諧振結構，它在一種低溫度漂移特性的材料上利用線切割、光刻、腐蝕等方法加工而成，它由兩根平行的梁組成，梁的末端合并，并與其它結構相連，形狀像個兩端合并、固定的音叉。當通過適當的激勵方式使兩個音叉臂在其平面內反相振動時，兩個音叉臂在它們的合并區域產生的應力和力矩方向相反，互相抵消，這樣使得整個結構通過固定連接端與外界的能量耦合可以忽略不計，振動系統的能量損失小。當有外界軸向力作用時，音叉臂的固有振動頻率變化量與之成線性關系改變，根據這一原理，把雙端固定諧振音叉與其它結構相連就可以制作成以頻率信號為輸出的壓力傳感器，該壓力傳感器有結構簡單、線性度好、靈敏度高、易大量生產、易與計算機接口等特點，已被廣泛應用在精密數字天平中。
[0003]在實際工作中，由于溫度對材料的影響，會使雙端固定諧振音叉的固有頻率發生變化，從而影響測量的準確度。為糾正溫度測量漂移，除了采用低溫漂系數的材料外，通用的辦法是在傳感器旁安裝一個溫敏元件，并測出不同溫度下的漂移數據，并通過軟件糾正的辦法進行溫漂補償，從而提高不同溫度下測量的穩定性。由于采用測溫軟件補償的辦法，存在音叉自身材料、尺寸的差異性及加工精度的影響，從而使得各個音叉的溫漂情況有所不同，故需要逐臺多點測溫補償，費時費力；同時因為材料使用后的老化問題，會使的其溫漂特性發生變化，進而影響測量的長期穩定性。
【發明內容】
[0004]為了克服現有技術的不足，本實用新型的目的在于提供一種高精度雙端固定諧振音叉式壓力傳感器。
[0005]為達到上述目的，本實用新型的技術方案為:其包括壓力承載單元、微杠桿機構、柔性接觸點、壓力音叉、參考音叉、激勵壓電元件、測頻壓電元件、主體和嵌入式處理模塊，所述壓力音叉和參考音叉位于同一塊主體基材上，大小相同，位置相鄰，兩個音叉的音叉臂互相平行，且均有一個激勵壓電元件和一個測頻壓電元件安裝在各音叉的兩個音叉臂上，激勵壓電元件輸入與測頻壓電元件輸出均連接到嵌入式處理模塊中。
[0006]采用上述結構的雙端固定諧振音叉式壓力傳感器，壓力音叉通過微杠桿機構、壓力承載單元與外部壓力相連，用于輸出與外部壓力相對應的頻率信號，參考音叉則雙端固定，且不與外部任何壓力直接相連，用于輸出一個固定的頻率信號。由于兩個音叉所在的位置相鄰，且材質相同，故當外界溫度發生變化時，兩個音叉所受到的溫漂影響相同，這時可通過測量不與外部壓力相連的參考音叉的頻率變化量來作為壓力音叉的溫漂補償。
[0007]采用上述結構后，本實用新型的有益效果是:溫漂補償簡單易用，系統只需保存出廠時的兩個音叉的初始頻率及一個線性因子即可，對壓力音叉的溫漂補償可以通過同時對參考音叉頻率的變化量進行測量來實現，從而不需要費時費力進行逐點溫度預先測量與多點數據保存補償，以及避免當設備長期運行由于性能老化造成溫漂數據變化從而導致補償不準確等問題。該傳感器結構簡單，人工干預少，降低了勞動強度，提高了工作效率，提高了壓力傳感器的長期使用精度。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0008]下面結合附圖對本實用新型作進一步詳細的說明:
[0009]圖1為本實用新型的正面視圖；
【具體實施方式】
[0010]為使對本實用新型的結構特征及其所達到的功能效果有更進一步的了解與認識，用以較佳的實施例及附圖配合詳細的說明，說明如下:
[0011]如附圖1所示，本實用新型包括壓力承載單元1、微杠桿機構2、柔性接觸點3、壓力音叉4、參考音叉5、激勵壓電元件6、測頻壓電元件7、主體8和嵌入式處理模塊9，所述壓力音叉4和參考音叉5位于同一塊主體8基材上，大小相同，位置相鄰，兩個音叉的音叉臂互相平行，且均有一個激勵壓電元件6和一個測頻壓電元件7安裝在各音叉的兩個音叉臂上，激勵壓電元件輸入6與測頻壓電元件7輸`出均連接到嵌入式處理模塊9中。
[0012]所述主體8的材料為恒彈性合金。
[0013]所述壓力承載單元1、微杠桿機構2、柔性接觸點3、壓力音叉4、參考音叉5均在一整塊恒彈性合金基材上經過線切割、光刻、腐蝕加工成型，各部分相連，是一個完整的有機整體。
[0014]所述參考音叉5兩端固定在主體8上。
[0015]所述壓力音叉4 一端固定在主體8上，另一端與微杠桿機構2相連。
[0016]所述微杠桿機構2 —端與主體8通過一個柔性接觸點3相連，并以柔性接觸點3作為杠桿支點，微杠桿機構2另一端上方與壓力承載單兀I相連。
[0017]本實用新型的實施過程如下:
[0018]實際使用時(溫度為T)，當在傳感器壓力承載單元I上面承受壓力時，由于軸向力的變化，可測得壓力音叉4的輸出值XO(T),同時檢測參考音叉5的輸出值Xl (T)。XO (T)與Xl (T)可同時測出。
[0019]系統保存出廠時(溫度為T0)壓力音叉4的諧振初始值XO (TO)與參考音叉5的諧振初始值Xl (TO)。
[0020]溫漂補償時，通過計算得到參考音叉5的頻率輸出變化量△ I⑴=Xl (T)-Xl (TO)，將該變化量用作壓力音叉4的補償參考值，即實償后壓力音叉4的頻率輸出值調整為XO(T) ’ =XO (T)-K Λ I (T)，其中K為根據兩個音叉尺寸等差異所設的線性因子，它可在出廠校準中設置。最終壓力音叉4的頻率改變值為Λ (T) =XO (T) ’ -XO (TO)。[0021]以上對本技術方案所提供的一種高精度雙端固定諧振音叉式壓力傳感器進行了詳細介紹，對于本領域的一般技術人員，依據本技術方案實施的思想，在【具體實施方式】及應用范圍上均會有改變之處，綜上所述，本說明書內容不應理解為對本技術方案的限制，凡依本技術方案設計思想所做的任何改變都在本實用新型專利的保護范圍之內。
【權利要求】
1.一種高精度雙端固定諧振音叉式壓力傳感器，其特征在于:其包括壓力承載單元、微杠桿機構、柔性接觸點、壓力音叉、參考音叉、激勵壓電元件、測頻壓電元件、主體和嵌入式處理模塊，所述壓力音叉和參考音叉位于同一塊主體基材上，大小相同，位置相鄰，兩個音叉的音叉臂互相平行，且均有一個激勵壓電元件和一個測頻壓電元件安裝在各音叉的兩個音叉臂上，激勵壓電元件輸入與測頻壓電元件輸出均連接到嵌入式處理模塊中。
2.根據權利要求1所述的一種高精度雙端固定諧振音叉式壓力傳感器，其特征在于:所述主體的材料為恒彈性合金。
3.根據權利要求1所述的一種高精度雙端固定諧振音叉式壓力傳感器，其特征在于:所述壓力承載單元、微杠桿機構、柔性接觸點、壓力音叉、參考音叉均在一整塊恒彈性合金基材上經過線切割、光刻、腐蝕加工成型,各部分相連,是一個完整的有機整體。
4.根據權利要求1所述的一種高精度雙端固定諧振音叉式壓力傳感器，其特征在于:所述參考音叉兩端固定在主體上。
5.根據權利要求1所述的一種高精度雙端固定諧振音叉式壓力傳感器，其特征在于:所述壓力音叉一端固定在主體上，另一端與微杠桿機構相連。
6.根據權利要求1所述的一種高精度雙端固定諧振音叉式壓力傳感器，其特征在于:所述微杠桿機構一端與主體通過一個柔性接觸點相連，并以柔性接觸點作為杠桿支點，微杠桿機構另一端上方與壓力承載單元相連。
【文檔編號】G01L1/26GK203376085SQ201320319044
【公開日】2014年1月1日 申請日期:2013年6月5日 優先權日:2013年6月5日
【發明者】林志雄, 黃劍航 申請人:莆田學院