[发明专利]一种基于微机电系统的振动测量IC芯片

说明书

本发明提出了一种基于微机电系统的振动测量IC芯片，涉及振动测量技术领域，振动测量IC芯片包括封装基板，以及设置在所述封装基板上的传感单元和输出引脚；所述传感单元包括：相对设置的第一表面和第二表面、设置在第一表面和第二表面之间的悬臂梁。第一表面和所述第二表面均喷涂有磁粉材料，使第一表面和第二表面之间的空间中产生磁场。悬臂梁自由端的端面上设置有导电材料。封装基板振动时，悬臂梁产生与之对应的振动，使自由端的导电材料能够感应生成包含有封装基板振动信息的电信号。本申请频响高、信噪比高，且量程不受现有传感器物理量转换机制的限制。

技术领域

本申请涉及振动测量技术领域，尤其涉及一种基于微机电系统的振动测量IC芯片。

背景技术

在传统机械结构振动检测、建筑结构振动检测、往复式动力设备振动检测、旋转动力设备振动检测中所采用的振动传感器是基于压电陶瓷的加速度传感器，其工作原理是将一个或多个重量块固定在压电陶瓷表面，重块在外力作用下产生的运动在压电陶瓷表面形成压力，压电陶瓷在外压力作用下产生的应变通过其压电效应转换成电压信号输出，输出的电压信号跟重量块的运动加速度成正比。基于压电陶瓷的加速度传感器的重块、信号放大电路、屏蔽罩等部件都是分散的零部件，而且需要手工装配，因此导致压电陶瓷加速度传感器成本高，体积大。目前最常用的工业用振动检测压电陶瓷加速度传感器采用两线制的IEPE 24伏，2-4毫安恒流源供电方式供电，耗电量大。其优点是频响宽，量程大，信噪比高。在目前工业设备在线振动监测应用中仍然占据绝对的优势。

近年来出现的基于微机电系统(MEMS)的加速度传感器具有体积小，集成度高，供电电压低(3.3V直流电)，耗电量小等优点。但是跟传统的压电陶瓷加速度传感器相比较，还存在频响窄，量程小，信噪比低等不足。目前在工业领域中主要用于电机、水泵、通风机和简单的定转速设备的无线振动监测装置。常见的MEMS加速度传感器有三种类型，1)硅微电容式加速度传感器；2)硅微压阻式加速度传感器；3)硅微热电耦式加速度传感器。

硅微电容式加速度传感器是基于电容原理的极距变化型的电容传感器，其中一个电极是固定的，另一变化电极是弹性膜片，弹性膜片在外力作用下发生位移，使电容量发生变化。电容量的变化和弹性膜的位移可以根据传感器内部的结构设计参数关联，而弹性膜的位移则跟弹性膜质量在惯性力作用下的加速度构成一定的数学关系，这就是硅电容式加速度传感器的基本原理。硅微电容式加速度传感器的运动部件和静止部件的空隙是决定电容大小的参数，这个空隙的大小有一定的限制，因而影响了量程。

硅微压阻式加速度传感器的原理：半导体单晶硅在受到外力作用时，会产生极微小的应变，其原子结构内部的电子能级状态发生变化，从而导致其电阻率变化，该材料制成的电阻也就出现压阻效应，硅微压阻式加速度传感器依次原理制作。

硅微热电耦式加速度传感器式基于热交换原理，介质是气体。在传感器内部，热源处于硅片的中央，硅片悬在空穴中间，在热源的四周均匀分布有热电耦堆(铝/多晶硅)。在没有加速度的情况下，热源的温度梯度均匀分布，对四周的热电耦而言，温度是一样的，输出的电压也是一样的。当加速度不为零时，热传导平衡被打破，四周的热电耦的温度出现差异，输出的电压也将随之改变，热电耦输出的电压差和加速度成正比例。

发明内容

本申请所要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述不足，提出一种基于微机电系统的振动测量IC芯片。

本申请提出了一种基于微机电系统的振动测量IC芯片，所述振动测量IC芯片包括封装基板，以及设置在所述封装基板上的传感单元(10)和输出引脚(40)；所述传感单元(10)包括：

相对设置的第一表面(11)和第二表面(12)，所述第一表面(11)和所述第二表面(12)均喷涂有磁粉材料，使第一表面(11)和第二表面(12)之间的空间中产生磁场；

设置在第一表面(11)和第二表面(12)之间的悬臂梁(13)，所述悬臂梁(13)自由端的端面(13a)上设置有导电材料；