CN108534923A - 提高纵向灵敏度的压电式侧力传感器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了提高纵向灵敏度的压电式侧力传感器，包括电子束焊接件、上盖、晶片、绝缘部件、基座和输出端口，上盖、晶片、基座均为圆片；绝缘部件为圆筒状；晶片设置在基座上侧，绝缘部件设置在晶片的边缘，上盖设置在晶片的上侧，电子束焊接件将上盖和绝缘部件连接；在绝缘部件上设置有一个通道，通道与输出端口连接；绝缘部件包括绝缘层和匹配部件，匹配部件采用与晶片相同的材料。本发明将现有的绝缘套的厚度减小，再通过与晶片有相同材质的匹配部件填补原有的绝缘套的空间，当传感器被正压时，由于绝缘套的厚度较小，不会对匹配部件和晶片所承受的正压力产生影响，匹配部件和晶片所承受的力量相同，减小了传感器的误差。
Description
技术领域
本发明涉及传感器，具体涉及提高纵向灵敏度的压电式侧力传感器。
背景技术
压电式传感器的工作原理以晶体的压电效应为理论依据。压电效应分正、逆压电效应，利用正压电效应制作成了电势型传感器。压电式传感器具有体积小、重量轻、结构简单、工作可靠、动态特性好、静态特性差的特点。该传感器多用于加速度和动态力或压力的测量。某些物质在沿一定方向受到压力或拉力作用而发生改变时，其表面上会产生电荷，若将外力去掉时，它们又重新回到不带电的状态，这种现象就称为正压电效应。在压电材料的两个电极面上，如果加以交流电压，那么压电片能产生机械振动，即压电片在电极方向上有伸缩的现象，压电材料的这种现象称为电致伸缩效应，也叫做逆压电效应。而具有压电效应的物体称为压电材料。常见的压电材料有石英、钛酸钡、锆钛酸铅等。
现有技术中的压电式单向侧力传感器为了提高传感器的输出灵敏度，都会将两片或者两片以上的晶体进行粘结，从而保证灵敏度，但是多片晶片重叠后多片晶片的形变比单片晶片的形变更大，由于传感器的结构不能解决上述问题使得晶片边缘的受力不均匀，导致误差较大。
发明内容
本发明为了解决上述问题，目的在于提供提高纵向灵敏度的压电式侧力传感器。
本发明通过下述技术方案实现：
提高纵向灵敏度的压电式侧力传感器，包括电子束焊接件、上盖、晶片、绝缘部件、基座和输出端口，所述上盖、晶片、基座均为圆片；所述绝缘部件为圆筒状；所述晶片设置在基座上侧，所述绝缘部件设置在晶片的边缘，所述上盖设置在晶片的上侧，所述电子束焊接件将上盖和绝缘部件连接；在绝缘部件上设置有一个通道，通道与输出端口连接；所述绝缘部件包括绝缘层和匹配部件，所述匹配部件采用与晶片相同的材料，所述绝缘层的内侧覆盖在晶片的边缘，所述匹配部件覆盖在绝缘层的外侧。
现有的压电式单向侧力传感器，它的敏感元件由压电材料制成，压电材料受力后表面产生电荷，此电荷经电荷放大器和测量电路放大和变换阻抗后就成为正比于所受外力的电量输出；为了能够准确测量，需要对压电式单向侧力传感器进行正压，从而产生有效的正压电效应；现有的压电式单向侧传感器在晶片的周围设置绝缘部件，防止电荷流失，但是晶片在被挤压的过程中会产生形变，而处于晶片四周的绝缘套也会产生形变，但是由于绝缘套和晶片材质的不一致，导致两种物质在承受同样的力量至下产生的形变不一样，当绝缘套的材质比晶片的材质更软，则绝缘套在接收力量的时候会将一部分力量吃掉，产生的形变就会更大，绝缘套的形变更大，对于晶片的绝缘以及晶片的边缘的受力都会产生影响；当绝缘套的材质比晶片的材质更硬，则绝缘套的形变就会比晶片的形变小，则绝缘套就会分担一部分晶片的力量，晶片的正压电效应减弱，则测量出现较大的误差。本发明将现有的绝缘套的厚度减小，再通过与晶片有相同材质的匹配部件填补原有的绝缘套的空间，当传感器被正压时，由于绝缘套的厚度较小，不会对匹配部件和晶片所承受的正压力产生影响，匹配部件和晶片所承受的力量相同，减小了传感器的误差。
进一步地，晶片的数量至少为两块，两块晶片重叠放置；所述晶片的边缘为斜面，相邻的两块晶片的两个面完全重合，所述匹配部件与晶片的边缘匹配。
现有的传感器为了提高灵敏度，采用多块晶片重叠，而相邻晶片接触的面需要完全重叠，而边角为直角的装配条件较高，并且在装配时必须加较大的预紧力，才能保证良好的线性度和纵向灵敏度，但预紧力过大会导致晶体提前破碎，装配的成品优良率不稳定。本发明将晶片的边缘设置为斜面，同时绝缘部件与晶片边缘匹配，现有技术能够按照要求的倾斜角度很轻易的得到合格的绝缘部件和晶片，在装配时只需要进行组装并对组装后的传感器施加预紧力便能轻易的得到合格的传感器，降低了工艺要求。
进一步地，晶片重合形成圆台或倒圆台。圆台和倒圆台生产工艺较简单，也容易组装。
进一步地，晶片重合后的竖直横截面为平行四边形。截面为平行四边形的晶片节约材料。
进一步地，绝缘层的厚度为1mm～2mm。
进一步地，绝缘层的厚度为1.5mm。
本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
1、本发明将现有的绝缘套的厚度减小，再通过与晶片有相同材质的匹配部件填补原有的绝缘套的空间，当传感器被正压时，由于绝缘套的厚度较小，不会对匹配部件和晶片所承受的正压力产生影响，匹配部件和晶片所承受的力量相同，减小了传感器的误差；
2、本发明在装配时只需要进行组装并对组装后的传感器施加预紧力便能轻易的得到合格的传感器，降低了工艺要求。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：
图1为本发明结构示意图。
附图中标记及对应的零部件名称：
1-电子束焊接件，2-上盖，3-晶片，4-绝缘部件，5-基座。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
实施例1
如图1所示，提高纵向灵敏度的压电式侧力传感器，包括电子束焊接件1、上盖2、晶片3、绝缘部件4、基座5和输出端口，所述上盖2、晶片3、基座5均为圆片；所述绝缘部件4为圆筒状；所述晶片3设置在基座5上侧，所述绝缘部件4设置在晶片3的边缘，所述上盖2设置在晶片3的上侧，所述电子束焊接件1将上盖2和绝缘部件4连接；在绝缘部件4上设置有一个通道，通道与输出端口连接；所述绝缘部件4包括绝缘层和匹配部件，所述匹配部件采用与晶片3相同的材料，所述绝缘层的内侧覆盖在晶片3的边缘，所述匹配部件覆盖在绝缘层的外侧。
实施例2
如图1所示，提高纵向灵敏度的压电式侧力传感器，包括电子束焊接件1、上盖2、晶片3、绝缘部件4、基座5和输出端口，所述上盖2、晶片3、基座5均为圆片；所述绝缘部件4为圆筒状；所述晶片3设置在基座5上侧，所述绝缘部件4设置在晶片3的边缘，所述上盖2设置在晶片3的上侧，所述电子束焊接件1将上盖2和绝缘部件4连接；在绝缘部件4上设置有一个通道，通道与输出端口连接；所述绝缘部件4包括绝缘层和匹配部件，所述匹配部件采用与晶片3相同的材料，所述绝缘层的内侧覆盖在晶片3的边缘，所述匹配部件覆盖在绝缘层的外侧。
晶片3的数量至少为两块，两块晶片3重叠放置；所述晶片3的边缘为斜面，相邻的两块晶片3的两个面完全重合，所述匹配部件与晶片3的边缘匹配。晶片3重合形成圆台或倒圆台。绝缘层的厚度为1mm～2mm能够抵抗较高的温度以及压力，当绝缘层的厚度为1.5mm能够抵抗的温度以及能够承受的压力都为最高。
实施例3
如图1所示，提高纵向灵敏度的压电式侧力传感器，包括电子束焊接件1、上盖2、晶片3、绝缘部件4、基座5和输出端口，所述上盖2、晶片3、基座5均为圆片；所述绝缘部件4为圆筒状；所述晶片3设置在基座5上侧，所述绝缘部件4设置在晶片3的边缘，所述上盖2设置在晶片3的上侧，所述电子束焊接件1将上盖2和绝缘部件4连接；在绝缘部件4上设置有一个通道，通道与输出端口连接；所述绝缘部件4包括绝缘层和匹配部件，所述匹配部件采用与晶片3相同的材料，所述绝缘层的内侧覆盖在晶片3的边缘，所述匹配部件覆盖在绝缘层的外侧。
晶片3的数量至少为两块，两块晶片3重叠放置；所述晶片3的边缘为斜面，相邻的两块晶片3的两个面完全重合，所述匹配部件与晶片3的边缘匹配。晶片3重合后的竖直横截面为平行四边形。绝缘层的厚度为1mm～2mm能够抵抗较高的温度以及压力，当绝缘层的厚度为1.5mm能够抵抗的温度以及能够承受的压力都为最高。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.提高纵向灵敏度的压电式侧力传感器，其特征在于，包括电子束焊接件(1)、上盖(2)、晶片(3)、绝缘部件(4)、基座(5)和输出端口，所述上盖(2)、晶片(3)、基座(5)均为圆片；所述绝缘部件(4)为圆筒状；所述晶片(3)设置在基座(5)上侧，所述绝缘部件(4)设置在晶片(3)的边缘，所述上盖(2)设置在晶片(3)的上侧，所述电子束焊接件(1)将上盖(2)和绝缘部件(4)连接；在绝缘部件(4)上设置有一个通道，通道与输出端口连接；所述绝缘部件(4)包括绝缘层和匹配部件，所述匹配部件采用与晶片(3)相同的材料，所述绝缘层的内侧覆盖在晶片(3)的边缘，所述匹配部件覆盖在绝缘层的外侧。
2.根据权利要求1所述的提高纵向灵敏度的压电式侧力传感器，其特征在于，所述晶片(3)的数量至少为两块，两块晶片(3)重叠放置；所述晶片(3)的边缘为斜面，相邻的两块晶片(3)的两个面完全重合，所述匹配部件与晶片(3)的边缘匹配。
3.根据权利要求2所述的提高纵向灵敏度的压电式侧力传感器，其特征在于，所述晶片(3)重合形成圆台或倒圆台。
4.根据权利要求2所述的提高纵向灵敏度的压电式侧力传感器，其特征在于，所述晶片(3)重合后的竖直横截面为平行四边形。
5.根据权利要求1所述的提高纵向灵敏度的压电式侧力传感器，其特征在于，所述绝缘层的厚度为1mm～2mm。
6.根据权利要求1所述的提高纵向灵敏度的压电式侧力传感器，其特征在于，所述绝缘层的厚度为1.5mm。
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