[发明专利]利用全反射原理提高测量精度的压力传感器及其应用

说明书

本发明提供了一种利用全反射原理提高测量精度的压力传感器及其应用，所述压力传感器包括：底部设置开口的壳体、固定于所述壳体内腔中的弹性膜片、入射激光生成组件、以及反射激光探测组件；所述弹性膜片的尺寸与所述壳体内腔的尺寸相配合；所述入射激光生成组件用于将激光入射所述弹性膜片表面，所述反射激光探测组件包括四象限传感器，和设置于所述四象限传感器之前的斜方棱镜，所述四象限传感器用于接收经所述弹性膜片表面反射的激光，并根据反射激光光斑的位移量得到所述弹性膜片因压力变化而产生的形变；所述斜方棱镜用于扩大所述反射激光光斑在所述四象限传感器中的位移量。利用激光反射原理，提高测量精度、分辨率以及测量稳定性。

技术领域

本发明涉及传感器领域，具体涉及利用全反射原理提高测量精度的压力传感器及其应用。

背景技术

通常情况下，电容式压力传感器的结构包括电容结构组件、支撑结构组件、弹簧固定组件等，其中电容结构组件利用金属导电膜片与陶瓷基底上的导电镀层形成电容，金属导电膜片作为电容的其中一个电极。当金属膜片两侧压力发生变化，产生压力差时，使金属膜片发生形变，从而改变金属膜片与陶瓷基底上导电层的距离，改变电容值。通过对电容值的测量来实现被测空间内压力的测量。

在上述电容式压力传感器的结构中，金属导电膜片与陶瓷电极的间距由一个或多个垫片的厚度来决定。间距的控制取决于一个或多个垫片的加工精度。并且，随着时间的推移或温度的变化，其几何结构会发生微小的变化。金属外壳的热膨胀系数通常大于陶瓷电极的热膨胀系数。因此，加热或冷却电容式传感器组件可以在组件内产生内应力，从而影响几何形状尤其是金属膜片与陶瓷定电极之间的距离。机械应力在加热或冷却过程中会在一定范围内累积，当应力足够大时，电极和壳体会相对运动以释放应力。这种运动的被称为“粘滑”或“机械滞后”。这些粘滑运动影响几何结构，并可能对电容传感器总成的精度产生不利影响，重复性较差，也无法预测和补偿。另外，电容原理中的电容结构组件、支撑结构组件、弹簧固定组件，其内部结构以及组件较为复杂，增加了制造难度，容易出现加工误差。

发明内容

(一)要解决的技术问题

电容原理中的组件之间因热膨胀率不同而导致的迟滞所带来的影响的问题，以及其内部结构以及组件较为复杂，增加了制造难度，容易出现加工误差的问题。

(二)技术方案

为了解决上述问题，本发明一方面提供了一种利用全反射原理提高测量精度的压力传感器，所述压力传感器包括：底部设置开口的壳体、固定于所述壳体内腔中的弹性膜片、入射激光生成组件、以及反射激光探测组件；

其中，所述弹性膜片的尺寸与所述壳体内腔的尺寸相配合，所述入射激光生成组件用于将激光入射所述弹性膜片表面，

所述反射激光探测组件包括四象限传感器，和设置于所述四象限传感器之前的斜方棱镜，所述四象限传感器用于接收经所述弹性膜片表面反射的激光，并根据反射激光光斑的位移量得到所述弹性膜片因压力变化而产生的形变；所述斜方棱镜用于扩大所述反射激光光斑在所述四象限传感器中的位移量。

可选地，所述入射激光生成组件包括激光光源、光纤和准直系统。

可选地，所述斜方棱镜包括相互平行的两个反射面，所述两个反射面用于使进入所述斜方棱镜的反射的激光进行至少两次全反射。

可选地，所述压力传感器还包括：用于限制所述弹性膜片的最大形变量的膜片限位组件，所述膜片限位组件上设置可使入射激光和反射激光通过的通孔。

可选地，所述弹性膜片设置于膜片限位组件与开口之间，所述膜片限位组件和所述弹性膜片在所述壳体内腔中的固定位置相同。

可选地，所述膜片限位组件为曲面。

可选地，所述膜片限位组件的内表面与所述弹性膜片之间形成空腔。