一种压力传感器的制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种压力传感器，包括衬底和设置在衬底上的膜片，还包括消除机械迟滞误差装置，所述消除机械迟滞误差装置包括依次相连接的电源、RC低通滤波器和压电执行器；所述压电执行器位于膜片的表面中央，用于在电压控制下驱动膜片弯曲；所述RC低通滤波器的时间常数大于或等于膜片的一阶谐振周期。本实用新型可以避免膜片位置的不确定性问题，减小机械迟滞偏移造成的误差，提高压力传感器的测量精度。同时本实用新型的传感器结构简单，制造工艺简易，成本低。
【专利说明】一种压力传感器
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及传感器【技术领域】，尤其涉及一种解决机械迟滞误差的压力传感器。
【背景技术】
[0002]对于传统的压力传感器，由于膜片的迟滞问题，难以确定测得的电压信号是否对应真实的压力值，这就造成所测量的膜片形变对应的压力与实际压力有偏差，采集到的压力信号精度不高。即在测量高精度压力时，由于机械的迟滞特性，传感器的膜片载荷的加载线与卸载线不完全重合。另外，控制压电执行器的元件以独立的模块使用，导致传感器的体积较大，功耗较多，不适于微型化集成。
[0003]2013年6月5日公开的一种传感器(201220740899.7)，传感器结构包括数模转换器、压电执行器、膜片和衬底，其中衬底上设置有膜片，压电执行器位于膜片的表面中央，数模转换器通过导线连接到压电执行器上。该传感器驱动膜片弯曲的输入电压是阶梯式变化的，使得压电执行器驱动膜片的弯曲有一定的过冲，膜片的最小弯曲量受阶梯式电压的最小改变量的影响，难以有效控制膜片的微小弯曲变化。
实用新型内容
[0004]本实用新型要解决的技术问题是提供一种压力传感器，该压力传感器能够克服现有技术所存在的机械迟滞误差和测量精度不够的缺陷，并使得传感器的结构优化，体积缩小，功耗降低。
[0005]为了解决上述技术问题，本实用新型所采用的技术方案如下。
[0006]一种压力传感器，包括衬底和设置在衬底上的膜片，还包括消除机械迟滞误差装置，所述消除机械迟滞误差装置包括依次相连接的电源、RC低通滤波器和压电执行器；所述压电执行器位于膜片的表面中央，用于在电压控制下驱动膜片弯曲；所述RC低通滤波器的时间常数大于或等于膜片的一阶谐振周期。
[0007]优选地，所述RC低通滤波器集成在衬底上。
[0008]优选地，所述压电执行器为压电膜片或压电陶瓷。
[0009]与现有技术相比，本实用新型的一种压力传感器，利用RC低通滤波器和压电执行器驱动传感器的膜片弯曲，使膜片弯曲在迟滞曲线的加载线或卸载线上，通过电压控制驱动力大小，方便有效地控制膜片弯曲，避免膜片位置的不确定问题，有利于提高传感器的测量精度及准确度；RC低通滤波器为压电执行器提供连续变化的模拟电压，使压电执行器的驱动力连续变化，避免膜片在微小范围内弯曲发生过冲，有利于提高膜片弯曲的分辨率；RC低通滤波器的时间常数大于或等于膜片的一阶谐振周期，在低通滤波器储存的能量作用下，压电执行器驱动膜片弯曲的时间大于或等于膜片一阶谐振周期，有利于避免膜片发生谐振；RC低通滤波器的电阻、电容集成在传感器的膜片上，减少了传感器的外部元器件，有利于减小传感器的结构体积，降低功耗，便于批量生产；RC低通滤波器允许低频信号通过，较好地遏制高频信号，使电路结构简单，抗干扰性强，有效降低电源波动对压电执行器的影响；本实用新型的压力传感器结构简单，制造工艺简易，成本低，相对于高精度的压力传感器，性价比比较高。
【专利附图】
【附图说明】
[0010]图1是本实用新型的压力传感器的结构示意图。
[0011]图2是本实用新型的压力传感器的结构俯视示意图。
[0012]图3是本实用新型的压力传感器结构中的RC低通滤波器的放大示意图。
[0013]图中I是压电执行器，2是膜片，3是低通滤波器的电阻，4是低通滤波器的电容，5是衬底。
【具体实施方式】
[0014]下面将结合附图，对本实用新型的【具体实施方式】作进一步详细的说明。
[0015]对照图1，压力传感器由RC低通滤波器3和4、压电执行器1、膜片2和衬底5组成，其中衬底5上设置有膜片2，压电执行器I位于膜片2的上部，RC低通滤波器3和4集成在传感器的衬底5上，并与压电执行器I通电连接。
[0016]对照图2，压电执行器I位于膜片2的表面中央，RC低通滤波器的电阻3、电容4位于膜片2的两侧。
[0017]对照图3，RC低通滤波器的电阻3、电容4制备在传感器的膜片2上，减少传感器的外部元器件，减小传感器结构的体积，便于产品微型化，降低功耗。
[0018]低通滤波器充电直至电压满足条件:驱动膜片弯曲挠度超过膜片机械迟滞偏移量。为便于描述，定义满足上述条件的电压为预定电压。
[0019]实施例一
[0020]本实施例中，压电执行器I选择压电膜片，并施加正向电压，驱动膜片2向衬底5的方向弯曲，即依迟滞曲线的载荷加载线弯曲。传感器膜片2的谐振周期为20 us的数量级，低通滤波器的电阻3约为50ΚΩ，电容4约为I nF，其时间常数τ约为50us，大于膜片的谐振周期，有利于避免膜片2发生谐振。低通滤波器的放电时间常数约为49us。
[0021]测量压力过程中，RC低通滤波器输入端的预定电压作用于压电膜片，电压大小与选定的压电执行器有关，本实施例以预定电压24V为例。
[0022]首先施加24V直流电压在RC低通滤波器的输入端上，RC低通滤波器的输出电压从OV开始以指数形式增加至24V。压电膜片驱动膜片弯曲的力连续增加，膜片弯曲的挠度逐渐增大。RC低通滤波器充电完成后，其储存的能量驱动膜片弯曲到迟滞曲线的加载线上。
[0023]然后降低RC低通滤波器输入端的电压，其输出的电压从24V开始以指数形式连续降低至0V。在输出端的电压降低的过程中，压电执行器的驱动力也连续平缓的降低，膜片的弯曲挠度逐渐减小，最终停留在迟滞曲线的卸载线上。
[0024]最后，从开始降低低通滤波器输入电压的时刻开始，经过49us后，断开电源，通过信号处理电路测量膜片上的压力，得出待测的压力值。
[0025]实施例二
[0026]本实施例中，压电执行器I选择压电陶瓷，并施加负向电压，驱动膜片2背向衬底5的方向弯曲，即依迟滞曲线的载荷卸载线弯曲。传感器膜片2的谐振周期为20 us的数量级，低通滤波器的电阻3约为50ΚΩ，电容4约为I nF，其时间常数τ约为50us，大于膜片的谐振周期，有利于避免膜片发生谐振。低通滤波器的放电时间常数约为49us。
[0027]测量压力过程中，RC低通滤波器输入端的预定电压作用于压电陶瓷，电压大小与选定的压电执行器有关，本实施例以预定电压50V为例。
[0028]首先施加50V直流电压在RC低通滤波器的输入端上，RC低通滤波器的输出电压从OV开始以指数形式连续增加至50V。压电陶瓷驱动膜片弯曲的力连续增加，膜片弯曲的挠度逐渐减小。RC低通滤波器充电完成后，其储存的能量驱动膜片弯曲到迟滞曲线的卸载线上。
[0029]然后降低RC低通滤波器输入端的电压，其输出的电压从50V开始以指数形式连续降低至0V。在输出端的电压降低的过程中，压电执行器的驱动力也连续平缓的降低。在待测压力的作用下，膜片的弯曲挠度逐渐增加，最终停留在迟滞曲线的加载线上。
[0030]最后，从开始降低低通滤波器输入电压的时刻开始，经过49us后，断开电源，通过信号处理电路测量膜片上的压力，得出待测的压力值。
[0031]以上实施例仅为说明本实用新型的技术思想，不能以此限定本实用新型的保护范围，凡是按照本实用新型提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本实用新型保护范围之内。
【权利要求】
1.一种压力传感器，包括衬底和设置在衬底上的膜片，其特征在于，还包括消除机械迟滞误差装置，所述消除机械迟滞误差装置包括依次相连接的电源、RC低通滤波器和压电执行器； 所述压电执行器位于膜片的表面中央，用于在电压控制下驱动膜片弯曲； 所述RC低通滤波器的时间常数大于或等于膜片的一阶谐振周期。
2.根据权利要求1所述的一种压力传感器，其特征在于，所述RC低通滤波器集成在衬底上。
3.根据权利要求1所述的一种压力传感器，其特征在于，所述压电执行器为压电膜片或压电陶瓷。
【文档编号】G01L1/16GK203443714SQ201320559176
【公开日】2014年2月19日 申请日期:2013年9月10日 优先权日:2013年9月10日
【发明者】刘清惓, 周晓, 陈传寅, 张加宏, 李敏 申请人:南京信息工程大学