一种具有高集成度的自供电压力传感器制造技术

本发明专利技术提供的一种具有高集成度的自供电压力传感器，包括封装壳体，所述封装壳体内设有竖直通孔的圆柱体，所述圆柱体主要由上下堆叠在一起的压力传感单元和压电俘能器单元组成，所述压力传感单元和所述压电俘能器单元之间设置有非极化隔离层；所述竖直通孔内设有能量管理模块和信号处理模块，所述压电俘能器单元的输出电极与所述能量管理模块的输入端电气连接，所述压力传感单元的输出电极与所述信号处理模块的输入端电气连接，所述能量管理模块的输出端与所述信号处理模块的电源端电气连接；本具有高集成度的自供电压力传感器能够直接输出数字信号，进行自主工作，不会给外部电路带来任何负担，适用于压力传感领域。

Self powered pressure sensor with high integration degree

The invention provides a self powered pressure sensor has a high degree of integration, including the encapsulation shell, the cylinder vertical through hole is arranged in the shell package, the cylinder is mainly composed of upper and lower stacked together with the pressure sensing unit and a piezoelectric transducer unit, the pressure sensing unit and the piezoelectric non polarization isolation layer is arranged between the unit; the vertical through hole is arranged in the energy management module and signal processing module, wherein the piezoelectric input electrical output electrode of the unit and the energy management module is connected, the output electrode of the pressure sensing unit and the input electrical signal processing module connected to the output end of the energy management module and the signal processing module of the power supply end of the electrical connection; this has a high degree of integration of self powered sensor can directly. The digital signal can work autonomously without any burden to the external circuit, and is applicable to the field of pressure sensing.

【技术实现步骤摘要】
一种具有高集成度的自供电压力传感器
本专利技术涉及压力传感器的
，具体涉及一种具有高集成度的自供电压力传感器。
技术介绍
压力传感器是工业实践中最为常用的一种传感器，其广泛应用于各种工业自控环境，涉及水利水电、铁路交通、智能建筑、生产自控、航空航天、军工、石化、油井、电力、船舶、机床、管道等众多行业。同时，物联网传感器节点被广泛应用，通过改进传感器结构和功能，使得传感器更加适用于物联网传感器节点，是目前传感器领域研究的热题。目前，常规的压力传感器或者其他传感器，都或多或少地需要相应的外部电源或者内部电池供电，也都或多或少地需要外部特殊的电路与传感器相匹配，来把传感器所产生的特殊信号转换为一般的数字信号。因此，物联网传感器节点技术的应用受到传感器依赖于外部复杂处理电路的问题及电路工作供电的问题等诸多限制。
技术实现思路
本专利技术克服现有技术存在的不足，所要解决的技术问题为：提供一种能够直接输出数字信号，进行自主工作，不会给外部电路带来任何负担的具有高集成度的自供电压力传感器。为了解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案为：一种具有高集成度的自供电压力传感器，包括封装壳体，所述封装壳体内设有竖直通孔的圆柱体，所述圆柱体主要由上下堆叠在一起的压力传感单元和压电俘能器单元组成，所述压力传感单元和所述压电俘能器单元之间设置有非极化隔离层；所述竖直通孔内设有能量管理模块和信号处理模块，所述压电俘能器单元的输出电极与所述能量管理模块的输入端电气连接，所述压力传感单元的输出电极与所述信号处理模块的输入端电气连接，所述能量管理模块的输出端与所述信号处理模块的电源端电气连接。优选地，所述压力传感单元包括：多个上下堆叠在一起的第一极化压电片，每一个第一极化压电片的上下两端均设置有第一金属片，相邻两个第一极化压电片共用一个第一金属片，且相邻两个第一极化压电片的极化方向相反，所有第一极化压电片的正极并接在一起形成所述压力传感单元的输出正电极，所有第一极化压电片的负极并接在一起形成所述压力传感单元的输出负电极；所述压电俘能器单元包括：多个上下堆叠在一起的第二极化压电片，每一个第二极化压电片的上下两端均设置有第二金属片，相邻两个第二极化压电片共用一个第二金属片，且相邻两个第二极化压电片的极化方向相反，所有第二极化压电片的正极并接在一起形成所述压电俘能器单元的输出正电极，所有第二极化压电片的负极并接在一起形成所述压电俘能器单元的输出负电极；所述圆柱体的上下两端均设置有封装陶瓷片。优选地，所述第一极化压电片的制作材料为PZT-5H，所述第二极化压电片的制作材料为PMN-PT。优选地，所述竖直通孔内还设有无线传输模块，所述无线传输模块的输入端与所述信号处理模块的输出端电气连接，所述无线传输模块的输出天线设置于所述封装壳体的表面上。优选地，所述信号处理模块包括：电荷放大电路、低通滤波电路和MCU处理电路，所述电荷放大电路包括：放大器U1、放大器U2、放大器U3、放大器U4和放大器U5，所述低通滤波电路包括：放大器U6，所述MCU处理电路包括：MCU控制芯片U7；所述压力传感单元的一个输出电极通过电阻R1与所述放大器U1的反相输入端相连，所述压力传感单元的另一个输出电极通过电阻R2与所述放大器U2的反相输入端相连，所述放大器U1的反相输入端还通过电阻R3与所述放大器U1的输出端相连，所述电阻R3的两端并接有电容C1，所述放大器U2的反相输入端还通过电阻R4与所述放大器U2的输出端相连，所述电阻R4的两端并接有电容C2，所述放大器U1的同相输入端通过电阻R5接地，所述放大器U2的同相输入端通过电阻R6接地；所述放大器U3的同相输入端通过电阻R7与所述放大器U1的输出端相连，所述放大器U4的同相输入端通过电阻R8与所述放大器U2的输出端相连，所述放大器U3的输出端依次通过电阻R9、电阻R10和电阻R11与所述放大器U4的输出端相连，所述放大器U3的反相输入端与所述电阻R9和所述电阻R10之间的连线相连，所述放大器U4的反相输入端与所述电阻10和所述电阻R11之间的连线相连，所述放大器U3的输出端通过电阻R12与所述放大器U5的反相输入端相连，所述放大器U4的输出端通过电阻R13与所述放大器U5的同相输入端相连，所述放大器U5的同相输入端还通过电阻R14接地，所述放大器U5的反相输入端还通过电阻R5与所述放大器U5的输出端相连；所述放大器U5的输出端依次通过电阻R16、电阻R18与所述放大器U6的同相输入端相连，所述R16和所述电阻R18之间的连线通过电容C3接地，所述放大器U6的同相输入端还通过电容C4接地，所述放大器U6的反相输入端通过电阻R17接地，所述放大器U6的反相输入端还通过电阻R19与所述放大器U6的输出端相连，所述放大器U6的输出端与所述MCU控制芯片U7的输入端P_A/D相连；所述放大器U6的输入输出端口DIO_7为所述MCU控制芯片U7的输入端P_A/D，所述MCU控制芯片U7的第一无线输出端RX_TX通过电容C5接地，所述MCU控制芯片U7的第二无线输出端RF_N通过电感L1与第一无线输出端RX_TX相连，所述第二无线输出端RF_N还通过电感L2与第三无线输出端RF_P相连，所述第三无线输出端RF_P还通过电容C7接地，所述第二无线输出端RF_N还依次通过电容C6、电感L4、电感L5与所述输出天线相连，所述电容C6和所述电感L4之间的连线通过电容C8接地，所述电感L4和所述电感L5之间的连线通过电容C9接地，所述电容C6和所述电感L4之间的连线还通过电感L3与所述第三无线输出端RF_P相连，所述MCU控制芯片U7的输入输出端口DIO_5、输入输出端口DIO_6分别为所述自供电压力传感器的有线输出端JTAG_TDO、有线输出端JTAG_TDI，所述MCU控制芯片U7的电源端VCC与3.3V电源相连。优选地，所述MCU控制芯片U7为CC2650芯片。优选地，所述能量管理模块105包括：能量管理芯片U31和锂电池BAT；所述能量管理芯片U31的交流输入端AC1与所述压电俘能器单元103的一个输出电极相连，所述能量管理芯片U31的交流输入端AC2与所述压电俘能器单元103的另一个输出电极相连，所述能量管理芯片U31的电压输入端Vin通过电容C31与所述能量管理芯片U31的电容连接端CAP相连，所述能量管理芯片U31的电压输入端Vin还通过电容C32接地，所述能量管理芯片U31的电压输入端Vin2通过电容C33接地，所述能量管理芯片U31的电池充电使能端CHARGE依次通过电阻R31、电容C34接地，所述能量管理芯片U31的变压输入端BB_IN与所述电阻R31和所述电容C34之间的连线相连，所述能量管理芯片U31的变压输入端BB_IN还与所述能量管理芯片U31的电池隔离开关输出端BAT_OUT相连，所述能量管理芯片U31的备用电源输入端BAT_IN通过所述锂电池BAT接地，所述锂电池BAT的两端并接有电容C35；所述能量管理芯片U31的降压变压器开关端SW串接电感L1后与所述能量管理芯片U31的电压输出端Vout相连，所述能量管理芯片U31的SWA端子通过电感L2与所述能量管理芯片U31的SWB端子相连，所述能量管理芯片U31本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有高集成度的自供电压力传感器，包括封装壳体，其特征在于：所述封装壳体内设有竖直通孔（101）的圆柱体，所述圆柱体主要由上下堆叠在一起的压力传感单元（102）和压电俘能器单元（103）组成，所述压力传感单元（102）和所述压电俘能器单元（103）之间设置有非极化隔离层（104）；所述竖直通孔（101）内设有能量管理模块（105）和信号处理模块（106），所述压电俘能器单元（103）的输出电极与所述能量管理模块（105）的输入端电气连接，所述压力传感单元（102）的输出电极与所述信号处理模块（106）的输入端电气连接，所述能量管理模块（105）的输出端与所述信号处理模块（106）的电源端电气连接。

【技术特征摘要】
1.一种具有高集成度的自供电压力传感器，包括封装壳体，其特征在于：所述封装壳体内设有竖直通孔（101）的圆柱体，所述圆柱体主要由上下堆叠在一起的压力传感单元（102）和压电俘能器单元（103）组成，所述压力传感单元（102）和所述压电俘能器单元（103）之间设置有非极化隔离层（104）；所述竖直通孔（101）内设有能量管理模块（105）和信号处理模块（106），所述压电俘能器单元（103）的输出电极与所述能量管理模块（105）的输入端电气连接，所述压力传感单元（102）的输出电极与所述信号处理模块（106）的输入端电气连接，所述能量管理模块（105）的输出端与所述信号处理模块（106）的电源端电气连接。2.根据权利要求1所述的一种具有高集成度的自供电压力传感器，其特征在于：所述压力传感单元（102）包括：多个上下堆叠在一起的第一极化压电片（1021），每一个第一极化压电片（1021）的上下两端均设置有第一金属片（1022），相邻两个第一极化压电片（1021）共用一个第一金属片（1022），且相邻两个第一极化压电片（1021）的极化方向相反，所有第一极化压电片（1021）的正极并接在一起形成所述压力传感单元（102）的输出正电极，所有第一极化压电片（1021）的负极并接在一起形成所述压力传感单元（102）的输出负电极；所述压电俘能器单元（103）包括：多个上下堆叠在一起的第二极化压电片（1031），每一个第二极化压电片（1031）的上下两端均设置有第二金属片（1032），相邻两个第二极化压电片（1031）共用一个第二金属片（1032），且相邻两个第二极化压电片（1031）的极化方向相反，所有第二极化压电片（1031）的正极并接在一起形成所述压电俘能器单元（103）的输出正电极，所有第二极化压电片（1031）的负极并接在一起形成所述压电俘能器单元（103）的输出负电极；所述圆柱体的上下两端均设置有封装陶瓷片（107）。3.根据权利要求2所述的一种具有高集成度的自供电压力传感器，其特征在于：所述第一极化压电片（1021）的制作材料为PZT-5H，所述第二极化压电片（1031）的制作材料为PMN-PT。4.根据权利要求1所述的一种具有高集成度的自供电压力传感器，其特征在于：所述竖直通孔（101）内还设有无线传输模块（108），所述无线传输模块（108）的输入端与所述信号处理模块（106）的输出端电气连接，所述无线传输模块（108）的输出天线（1081）设置于所述封装壳体的表面上。5.根据权利要求4所述的一种具有高集成度的自供电压力传感器，其特征在于：所述信号处理模块（106）包括：电荷放大电路（1061）、低通滤波电路（1062）和MCU处理电路（1063），所述电荷放大电路（1061）包括：放大器U1、放大器U2、放大器U3、放大器U4和放大器U5，所述低通滤波电路（1062）包括：放大器U6，所述MCU处理电路（1063）包括：MCU控制芯片U7；所述压力传感单元（102）的一个输出电极通过电阻R1与所述放大器U1的反相输入端相连，所述压力传感单元（102）的另一个输出电极通过电阻R2与所述放大器U2的反相输入端相连，所述放大器U1的反相输入端还通过电阻R3与所述放大器U1的输出端相连，所述电阻R3的两端并接有电容C1，所述放大器U2的反相输入端还通过电阻R4与所述放大器U2的输出端相连，所述电阻R4的两端并接有电容C2，所述放大器U1的同相输入端通过电阻R5接地，所述放大器U2的同相输入端通过电阻R6接地；所述放大器U3的同相输入端通过电阻R7与所述放大器U1的输出端相连，所述放大器U4的同相输入端通过电阻R8与所述放大器U2的输出端相连，所述放大器U3的输出端依次通过电阻R9、电阻R10和电阻R11与所述放大器U4的输出端相连，所述放大器U3的反相输入端与所述电阻R9和所述电阻R10之间的连线相连，所述放大器U4的反相输入端与所述电阻10和所述电阻R11之间的连线相连，所述放大器U3的...

【专利技术属性】
技术研发人员：冀健龙，桑胜波，申治中，解胜东，葛阳，菅傲群，段倩倩，张强，张斌珍，廉自生，薛晨阳，张文栋，
申请(专利权)人：太原理工大学，
类型：发明
国别省市：山西,14