【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及微机械电子（mems）数字式压力传感器，具体涉及一种谐振式压力传感器。
技术介绍
1、在谐振式压力传感器领域，压力传感器的结构通常包括谐振元件和压力转换元件，压力转换元件是将待测压力转换为位移等信号传递到谐振元件上的结构，敏感元件通过谐振原理输出频率信号。压力转换元件通常由杠杆等多个结构组合而成，各个结构部件分别单独加工完成后利用焊接、粘接等方式装配连接形成完整结构。
2、中国专利数据库中，公开了一种基于单压力转换元件的石英谐振式压力传感器，其公开号：cn116046220a，公开日：20230502，该装置包括压力转换元件、盖帽和石英双端音叉，压力转换元件包括承载件、第一支撑板和第二支撑板，承载件包括连接部和基台，连接部内设有压力通道，基台设于连接部的一端并可接收到从连接部的另一端经压力通道传导的压力，第一支撑板设于基台上，第二支撑板设于连接部的一端并设有容纳第一支撑板的通孔，第一支撑板与第二支撑板之间设有间隔，石英双端音叉跨越间隔并且两端分别固定在第一支撑板和第二支撑板上，石英双端音叉的中轴线与压力转换元件的中轴线重合，盖帽与连接部密封连接并形成上腔室，第一支撑板、第二支撑板、基台和石英双端音叉设于上腔室内，结构简单并且精度较好。
3、现有技术中，还公开了一种一体式推拉结构石英谐振式压力传感器，其公开号：cn112484900a，公开日：20210312，该装置包括一体式推拉结构元件，一体式推拉结构元件连接有两个石英双端固支音叉，一体式推拉结构元件上部及两个石英双端固支音叉外部连接有上盖
4、现有技术的不足之处在于：现有的压力传感器，都具有复杂的装配和连接流程，导致传感器工作部分存在残余应力、尺寸误差及装配误差，特别是随着温度的变化，因不同材质的膨胀率的变化，形成温漂等共轭干扰，进而影响传感器的精度和长期稳定性。
技术实现思路
1、为了克服上述现有的技术缺点，本专利技术的目的在于提供一种一体式表面差动金属膜结构石英谐振式压力传感器，使其具有精准数字输出及高稳定性的技术效果，可有效抑制温漂等共轭干扰。
2、为实现上述目标，本专利技术采用的技术方案为：一种一体式表面差动金属膜结构石英谐振式压力传感器，包括一体式表面差动金属敏感膜结构元件，所述一体式表面差动金属压力敏感膜结构元件包括双层结构的支撑壳体，支撑壳体上部中央设置有表面差动金属压力膜片，表面差动金属压力膜片上通过四个凸台连接有两个石英双端固支音叉，支撑壳体的内层中心设置的待测压力通道接通表面差动金属压力膜片下方；支撑壳体下方内层和外层之间设有下盖板，下盖板与支撑壳体内层和外层之间以环氧树脂密封，形成pcb安装腔室；支撑壳体上表面通过玻璃烧结孔接通所述pcb安装腔室，通过烧结金柱使得pcb安装腔室内的pcb板和石英双端固支音叉之间电连接；支撑壳体上方连接有上盖帽形成上腔室，石英双端固支音叉位于上腔室内；两个石英双端固支音叉感受表面差动金属压力膜片的压力变化，因其位置不同，而形成差动输出，经比较后获得压力信号。
3、本专利技术的压力传感器工作时，采用交变电压激励石英双端固支音叉，由于逆压电效应，当被施加的交变电压激励后，石英双端固支音叉按照其预定的固有模态振型振动，当待测压力作用于表面差动金属压力膜片下方时，表面差动金属压力膜片受力发生形变，使得石英双端固支音叉发生压电效应，进而使得石英双端固支音叉谐振频率发生变化，因其位置不同，而形成差动输出，通过比较两个石英双端固支音叉的谐振频率的差值，该差值与压力信号呈线性关系，因此可以检测出待测压力的大小。在热胀冷缩时，两个石英双端固支音叉的谐振频率同步变化，使得测量的差值受热胀冷缩的影响小。与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：通过测量两个石英双端固支音叉频率变化，可以获得待测压力信息，不仅可以提高敏感度，还可以抑制温漂等共轭干扰；避免了复杂结构连接装配和异质材料热膨胀系数不匹配引起的不稳定因素；测量过程中不需要数模转换，传感器直接输出准数字的压力信号。
4、进一步地，所述表面差动金属压力膜片呈圆形，两个石英双端固支音叉安装于表面差动金属压力膜片的上表面上；两个石英双端固支音叉的对称轴线沿表面差动金属压力膜片直径方向布置，两个石英双端固支音叉与表面差动金属压力膜片的圆心的距离不同。该方案结构简单，制造方便。
5、进一步地，所述石英双端固支音叉包括两端的连接部，连接部下表面连接在所述凸台上，连接部之间经左右对称的两个音叉臂相连，两个音叉臂之间留有狭缝，两个音叉臂表面四周设有电极，电极之间相互电连接，用于音叉臂起振，在逆压电效应作用下，通交变电压，音叉臂处于预设振动模态；在一端的连接部上表面设有检测电极，另一端的连接部上表面设有与外部电路连接的焊盘，通过焊盘、金线与pcb板相连。
6、进一步地，所述双层结构的支撑壳体的外层和内层之间呈同轴圆环状设置。
7、进一步地，所述表面差动金属压力膜片与支撑壳体连为一体。该结构减少了装配部件，使其结构更加简化。
8、进一步地，所述支撑壳体与上盖帽之间真空封装连接。可避免空气阻尼作用产生的不良影响。
9、进一步地，所述表面差动金属压力膜片的上表面高度低于支撑壳体的周边的上表面高度，凸台的高度与支撑壳体的上表面高度平齐。
10、进一步地，所述下盖板上设有信号线接出孔，信号线与pcb板连接后，所述信号线接出孔经密封胶密封。
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1.一体式表面差动金属膜结构石英谐振式压力传感器，其特征在于：包括一体式表面差动金属敏感膜结构元件（1），所述一体式表面差动金属压力敏感膜结构元件（1）包括双层结构的支撑壳体（1a），支撑壳体（1a）上部中央设置有表面差动金属压力膜片（1b），表面差动金属压力膜片（1b）上通过四个凸台（1c）连接有两个石英双端固支音叉（4），支撑壳体（1a）的内层中心设置的待测压力通道（1f）接通表面差动金属压力膜片（1b）下方；支撑壳体（1a）下方内层和外层之间设有下盖板（3），下盖板（3）与支撑壳体（1a）内层和外层之间以环氧树脂密封，形成PCB安装腔室（1d）；支撑壳体（1a）上表面通过玻璃烧结孔（1e）接通所述PCB安装腔室（1d），通过烧结金柱使得PCB安装腔室（1d）内的PCB板和石英双端固支音叉（4）之间电连接；支撑壳体（1a）上方连接有上盖帽（2）形成上腔室，石英双端固支音叉（4）位于上腔室内；两个石英双端固支音叉（4）感受表面差动金属压力膜片（1b）的压力变化，因其位置不同，而形成差动输出，经比较后获得压力信号。
2.根据权利要求1所述的一体式表面差动金属膜结构石英
3.根据权利要求2所述的一体式表面差动金属膜结构石英谐振式压力传感器，其特征在于：所述石英双端固支音叉（4）包括两端的连接部（4a、4b），连接部（4a、4b）下表面连接在所述凸台（1c）上，连接部之间经左右对称的两个音叉臂（4d）相连，两个音叉臂之间留有狭缝4c，两个音叉臂（4d）表面四周设有电极，电极之间相互电连接，用于音叉臂（4d）起振，在逆压电效应作用下，通交变电压，音叉臂（4d）处于预设振动模态；在一端的连接部（4a）上表面设有检测电极，另一端的连接部（4b）上表面设有与外部电路连接的焊盘，通过焊盘、金线与PCB板相连。
4.根据权利要求1所述的一体式表面差动金属膜结构石英谐振式压力传感器，其特征在于：所述双层结构的支撑壳体（1a）的外层和内层之间呈同轴圆环状设置。
5.根据权利要求1-4任一项所述的一体式表面差动金属膜结构石英谐振式压力传感器，其特征在于：所述表面差动金属压力膜片（1b）与支撑壳体（1a）连为一体。
6.根据权利要求1-4任一项所述的一体式表面差动金属膜结构石英谐振式压力传感器，其特征在于：所述支撑壳体（1a）与上盖帽（2）之间真空封装连接。
7.根据权利要求1-4任一项所述的一体式表面差动金属膜结构石英谐振式压力传感器，其特征在于：所述表面差动金属压力膜片（1b）的上表面高度低于支撑壳体（1a）的周边的上表面高度，凸台（1c）的高度与支撑壳体（1a）的上表面高度平齐。
8.根据权利要求1-4任一项所述的一体式表面差动金属膜结构石英谐振式压力传感器，其特征在于：所述下盖板（3）上设有信号线接出孔（3a），信号线与PCB板连接后，所述信号线接出孔（3a）经密封胶密封。
...【技术特征摘要】
1.一体式表面差动金属膜结构石英谐振式压力传感器，其特征在于：包括一体式表面差动金属敏感膜结构元件（1），所述一体式表面差动金属压力敏感膜结构元件（1）包括双层结构的支撑壳体（1a），支撑壳体（1a）上部中央设置有表面差动金属压力膜片（1b），表面差动金属压力膜片（1b）上通过四个凸台（1c）连接有两个石英双端固支音叉（4），支撑壳体（1a）的内层中心设置的待测压力通道（1f）接通表面差动金属压力膜片（1b）下方；支撑壳体（1a）下方内层和外层之间设有下盖板（3），下盖板（3）与支撑壳体（1a）内层和外层之间以环氧树脂密封，形成pcb安装腔室（1d）；支撑壳体（1a）上表面通过玻璃烧结孔（1e）接通所述pcb安装腔室（1d），通过烧结金柱使得pcb安装腔室（1d）内的pcb板和石英双端固支音叉（4）之间电连接；支撑壳体（1a）上方连接有上盖帽（2）形成上腔室，石英双端固支音叉（4）位于上腔室内；两个石英双端固支音叉（4）感受表面差动金属压力膜片（1b）的压力变化，因其位置不同，而形成差动输出，经比较后获得压力信号。
2.根据权利要求1所述的一体式表面差动金属膜结构石英谐振式压力传感器，其特征在于：所述表面差动金属压力膜片（1b）呈圆形，两个石英双端固支音叉（4）安装于表面差动金属压力膜片（1b）的上表面上；两个石英双端固支音叉（4）的对称轴线沿表面差动金属压力膜片（1b）直径方向布置，两个石英双端固支音叉（4）与表面差动金属压力膜片（1b）的圆心的距离不同。
3.根据权利要求2所述的一体式表面差动金属膜结构石英谐振式压力传感器，其特征在于：所述...
【专利技术属性】
技术研发人员：顾天刚，李悦，芮磊，赵玉龙，张子超，李村，
申请(专利权)人：江苏奥力威传感高科股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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