[实用新型]压电式加速度传感器

说明书

技术领域

本实用新型涉及加速度传感器领域，尤其涉及一种基于MEMS的压电式加速度传感器。

背景技术

加速度传感器是一种惯性传感器，能够测量物体的加速力。加速力是指物体在加速过程中作用在物体上的力，加速力可以是个常量，比如g，也可以是变量。目前，加速度传感器广泛应用于手机，电脑，电话机，照相机及摄像机等。近三十年的MEMS（Micro-Electro-Mechanical Systems）技术与工艺的发展，特别是基于硅芯片MEMS技术的发展，实现了许多传感器（如压力传感器，加速度传感器，陀螺仪等）的微型化和低成本。MEMS加速度传感器就是采用MEMS技术制造的加速度传感器。由于采用了微机电系统技术，一个MEMS加速度传感器只有指甲盖的几分之一大小。MEMS加速度传感器具有体积小、重量轻、耗能低等优点。

MEMS加速度传感器主要分为三种：容感式、热感式以及压电式。

容感式MEMS加速度传感器内部存在一个质量块，从单个单元来看，它是标准的平板电容器。加速度的变化带动活动质量块的移动从而改变平板电容两极的间距和正对面积，通过测量电容变化量来计算加速度。热感式MEMS加速度传感器内部没有任何质量块，它的中央有一个加热体，周边是温度传感器，里面是密闭的气腔，工作时在加热体的作用下，气体在内部形成一个热气团，热气团的比重和周围的冷气是有差异的，通过惯性热气团的移动形成的热场变化让感应器感应到加速度值。

压电式MEMS加速度传感器运用的是压电效应，在其内部有一个刚体支撑的质量块，有运动的情况下质量块会产生压力，刚体产生应变，把加速度转变成电信号输出。

由于压电式MEMS加速度传感器内部有刚体支撑的存在，通常情况下，压电式MEMS加速度传感器只能感应到“动态”加速度，而不能感应到“静态”加速度。目前的压电式MEMS加速度传感器通常只能在低过载的情况下工作。即便少数较高过载的压电式MEMS加速度传感器灵敏度又成为其瓶颈。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是，提供一种压电式加速度传感器，其能够具有大的量程，高的抗高过载性及良好的灵敏度。

为了解决上述问题，本实用新型提供了一种压电式加速度传感器，包括依次设置的支撑层、振膜层及压电薄膜层，所述支撑层具有一窗口，所述窗口暴露出部分所述振膜层，以使部分所述振膜层悬空，在具有加速度信号时，悬空的振膜层产生形变，所述振膜层的形变带动所述压电薄膜层产生形变，所述压电薄膜层背向和朝向所述振膜层的表面分别设置有上电极及下电极，以将所述压电薄膜层形变产生的电信号传递给外部测量装置。

进一步，还包括一设置在所述窗口内且与所述振膜层连接的质量块，所述质量块将加速度信号传递给所述振膜层，以使所述振膜层产生形变。

进一步，在所述振膜层朝向所述压电薄膜层的表面设置有绝缘层，所述绝缘层用于所述振膜层与所述下电极或所述压电薄膜层之间的绝缘。

进一步，所述压电薄膜层朝向所述振膜层的表面全部或部分与所述下电极接触。

进一步，还包括上电极端子及下电极端子，所述上电极端子与所述上电极连接，用以为所述上电极提供与外部装置的连接点，所述下电极端子与所述下电极连接，用以为所述下电极提供与外部装置的连接点。

进一步，所述支撑层设置在一外部下壳的表面，一外部上壳与所述振膜层键合，以将所述压电式加速度传感器封装。

本实用新型的一个优点在于，本实用新型压电式加速度传感器的压电薄膜层为一连续的整体，使得压电薄膜层在全范围内响应振膜层的形变，而不会出现压电薄膜层不能响应振膜层的某一位置的形变的情况，扩大了压电式加速度传感器的量程。

本实用新型的另一个优点在于，可通过改变振膜层的厚度来改变压电式加速度传感器的过载，提高压电式加速度传感器的抗高过载性。

本实用新型的另一个优点在于，质量块与所述振膜层连接，提高振膜层的应变变形量，从而可以大大提高压电式加速度传感器的灵敏度。

附图说明

图1是本实用新型压电式加速度传感器的结构示意图；

图2是图1示意图沿A-A向剖视图；

图3是本实用新型压电式加速度传感器封装结构示意图；

图4是本实用新型压电式加速度传感器封装结构爆炸示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型提供的压电式加速度传感器的具体实施方式做详细说明。