[发明专利]一种抗高过载绝对式谐振微压传感器

说明书

本发明公开了一种抗高过载绝对式谐振微压传感器，包括上端盖、中间壳体、下端盖、气体通道、微压传感器芯片、密封管壳以及用于控制外界气体通断的双波纹膜片、开关导向杆、平衡弹簧等组成的压力开关。当传感器所处环境压力高于芯片测量的安全阈值时，压力开关闭合，气体不会作用于微压传感器芯片，以此实现高过载保护；当进气口压力低于芯片测量的安全阈值时，压力开关打开，外界气体通过气体通道作用于芯片的背腔，引起敏感膜片产生形变，进而引起固支在敏感膜片上方的谐振梁固有频率变化，通过测量该谐振频率即可实现微压测量。本发明较好地解决了传统MEMS谐振压力传感器难以用于绝对微压测量的技术瓶颈，具有测量灵敏度高、分辨率高等优点。

技术领域

本发明涉及谐振式传感器技术领域，特别涉及一种抗高过载绝对式谐振微压传感器。

背景技术

压力是工业生产中所需要监测的一个重要物理量。为了获取准确的压力数据，测量压力的各种传感器具有广泛的需求。其中，微压测量是压力测量中的一个重要分支，特别是航空航天等机载设备对1Kpa以下的绝对微压测量有重大需求。这就迫切需要精度高、分辨率高、灵敏度高的绝对微压传感器。为了提高传感器的灵敏度，减小传感器的量程是一种非常重要的手段。然而，对于量程低至1kPa的绝对式微压传感器，若传感器处于大气环境中时，必将面临上百倍的压力过载(标准大气压约为100kPa)，因此，对于绝对微压传感器来说，需要十分有效的高过载保护。作为一种高精度的传感器，谐振式传感器在诸多高精度压力测量领域具有非常广泛的应用，但受过载保护等因素制约，这类传感器在绝对微压测量场合却遇到了极大的瓶颈。这是由于谐振压力传感器中存在压力膜和谐振梁等结构，在高过载情况下，若采用常规的过载保护手段，如引入凸台等结构，则容易造成应力集中，导致传感器芯片损坏，因此如何有效解决谐振式绝对微压传感器的过载保护是一个迫切需要解决的问题。目前尚未发现有量程远小于一个标准大气压的谐振式绝对微压传感器的相关报道。

发明内容

为了解决上述现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种抗高过载绝对式谐振微压传感器，实现高灵敏度微压测量。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种抗高过载绝对式谐振微压传感器，其特征在于：包括上端盖、紧固圆环、第一波纹膜片、中间壳体、第二波纹膜片、下端盖、微压传感器芯片、开关导向杆、气体通道、平衡弹簧、吸气剂；

所述上端盖包括进气孔、上端盖腔室及上端盖气体通道；

所述中间壳体包括中间壳体第一腔室、中间壳体第二腔室、中间壳体气体通道及导向孔；

所述下端盖包括下端盖第一腔室、下端盖第二腔室、下端盖进气通道、下端盖出气通道及圆锥孔；

所述上端盖与中间壳体的上端之间连接第一波纹膜片，所述第一波纹膜片将上端盖腔室与中间壳体第一腔室隔开；所述下端盖与中间壳体的下端之间连接第二波纹膜片，所述第二波纹膜片将下端盖第一腔室与中间壳体第二腔室隔开；所述中间壳体第一腔室、中间壳体第二腔室之间通过导向孔连通，所述下端盖第一腔室与下端盖第二腔室之间通过圆锥孔连通；

所述上端盖气体通道、中间壳体气体通道、下端盖进气通道依次连通构成连接上端盖腔室与下端盖第二腔室的气体通道，所述进气孔、上端盖气体通道分别与上端盖腔室连通，所述下端盖进气通道与下端盖第二腔室连通，所述下端盖出气通道与下端盖第一腔室连通，所述下端盖出气通道贯穿所述下端盖第一腔室的侧壁，所述下端盖出气通道外设有中空的密封管壳，所述密封管壳设在所述下端盖第一腔室的外侧壁上，所述密封管壳内部安装有微压传感器芯片，所述微压传感器芯片的背腔与所述下端盖第一腔室相通；

所述开关导向杆的其中一端设有圆锥头，所述开关导向杆贯穿所述第一波纹膜片、导向孔、第二波纹膜片、圆锥孔，所述开关导向杆分别与第一波纹膜片以及第二波纹膜片连接，且所述开关导向杆带有所述圆锥头一端位于所述圆锥孔内；