專(zhuān)利名稱(chēng)：自供能微型振動(dòng)傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于傳感器技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種微型振動(dòng)檢測(cè)用傳感器。
背景技術(shù)：
目前常用的振動(dòng)傳感器通常采用電子結(jié)構(gòu)、彈簧式的機(jī)械結(jié)構(gòu)、以及水銀開(kāi)關(guān)等，但存在著體積大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、需要外部供能等不足。近年來(lái)隨著MEMS技術(shù)的迅猛發(fā)展，開(kāi)發(fā)了一些新型的微型振動(dòng)傳感器，如壓阻式、壓電式振動(dòng)傳感器、采用駐極體薄膜的振動(dòng)傳感器等。對(duì)于采用駐極體薄膜的振動(dòng)傳感器，如圖1所示，該振動(dòng)傳感器主要由管殼21、連接駐極體薄膜的基板22、通過(guò)微小間隙與該基板上的駐極體薄膜相對(duì)設(shè)置的金屬振動(dòng)板23構(gòu)成，基板固定在外殼。駐極體薄膜與金屬振動(dòng)板構(gòu)成一個(gè)可變電容，駐極體的靜電場(chǎng)對(duì)金屬振動(dòng)板進(jìn)行極化，在板上產(chǎn)生感應(yīng)電荷。該傳感器的工作原理是，振動(dòng)板的振動(dòng)引起駐極體薄膜與振動(dòng)板之間電容的變化，從而在振動(dòng)板上產(chǎn)生電荷量的變化，將電荷變化轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)取出，即可檢測(cè)加在該傳感器上的振動(dòng)量。為了減小外部聲音對(duì)振動(dòng)檢測(cè)的影響，通常采用密閉管殼21封裝。但是密閉管殼封裝的振動(dòng)傳感器仍然對(duì)低頻聲壓有反應(yīng)，對(duì)輸出產(chǎn)生一定影響。可采用在振動(dòng)板上設(shè)置通孔，提高對(duì)聲壓響應(yīng)的最低頻率等方式可以降低外部聲壓的影響，但是設(shè)置通孔會(huì)使振動(dòng)板和基板的相對(duì)面積相應(yīng)地減小，駐極體薄膜上的電荷利用效率減小，降低了傳感器的檢測(cè)靈敏度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種高靈敏度的、不受聲壓影響的微型自供能振動(dòng)傳感器。
本發(fā)明通過(guò)以下技術(shù)方案加以實(shí)現(xiàn)微型自供能振動(dòng)傳感器，主要包括MEMS可變電容器、駐極體和處理電路。其中，MEMS可變電容器由一個(gè)動(dòng)極板和兩個(gè)定極板所構(gòu)成。動(dòng)極板由懸臂梁、質(zhì)量塊以及在質(zhì)量塊兩側(cè)形成的兩組叉指組成。定極板上各有一組叉指。動(dòng)極板兩組叉指分別與兩個(gè)定極板上的叉指分別相對(duì)，形成兩個(gè)可變電容。兩個(gè)定極板上分別設(shè)有引出電極，動(dòng)極板上設(shè)有動(dòng)極板引出電極。上述電極經(jīng)線路連接處理電路。
駐極體采用薄膜駐極體(如SiO2薄膜駐極體等)，黏貼到動(dòng)極板的質(zhì)量塊上，或采用SiO2薄膜駐極體直接加工在動(dòng)極板的質(zhì)量塊上，其單面電極引出到處理電路。
微型自供能振動(dòng)傳感器的工作原理是，參見(jiàn)圖2，MEMS電容器在駐極體產(chǎn)生的電場(chǎng)作用下被極化，在電容器C1和電容器C2的動(dòng)極板上存在極化電荷分布，當(dāng)微型振動(dòng)傳感器處于振動(dòng)環(huán)境中時(shí)，動(dòng)極板在加速度作用下產(chǎn)生偏移，當(dāng)受到y(tǒng)方向的振動(dòng)時(shí)，兩個(gè)可變電容器極板遮蓋的面積相反變化，從而引起兩個(gè)電容器的差動(dòng)變化；當(dāng)受到x方向的振動(dòng)時(shí)，可變電容器的極板之間的距離相反變化，從而引起電容的差動(dòng)變化。從而使極板上的極化電荷在兩個(gè)電容極板之間轉(zhuǎn)移，電荷通過(guò)外電路形成電流。通過(guò)檢測(cè)外電路負(fù)載上的電壓就可得到差分電容變化，從而獲得振動(dòng)的大小。整個(gè)檢測(cè)過(guò)程振動(dòng)傳感器將外部的振動(dòng)能量轉(zhuǎn)換為電信號(hào)信號(hào)輸出，不需要外部提供電源。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)1、該微型自供能振動(dòng)傳感器將振動(dòng)機(jī)械能轉(zhuǎn)換為反映振動(dòng)量的電信號(hào)，不需要外部提供電源。
2、由于采用MEMS技術(shù)、微電子技術(shù)制作，其中駐極體也可采用利用微電子工藝制作的SiO2薄膜駐極體，二者具有很好的兼容性，集成度高、體積小。
3、MEMS可變電容器具有長(zhǎng)壽命、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)SiO2薄膜駐極體的衰減期很長(zhǎng)，因而本微型自供能振動(dòng)傳感器具有壽命長(zhǎng)的優(yōu)點(diǎn)。
4、本微型自供能振動(dòng)傳感器采用叉指差分電容器作為拾振元件，動(dòng)極板的質(zhì)量塊以及叉指組平行于基板振動(dòng)，與聲壓方向垂直，故聲壓不會(huì)對(duì)差分電容的差值產(chǎn)生影響。因而檢測(cè)值不受聲壓的影響，能很好地檢測(cè)振動(dòng)。
因此，本發(fā)明是一種高集成度、長(zhǎng)壽命、體積小、無(wú)需外部供電、不受聲壓影響的微型自供能振動(dòng)傳感器，可以應(yīng)用于電動(dòng)車(chē)、摩托車(chē)、汽車(chē)等車(chē)輛防盜報(bào)警的裝置相配套使用的振動(dòng)傳感裝置以及其他振動(dòng)檢測(cè)領(lǐng)域，具有極為廣泛的用途。


圖1是現(xiàn)有的駐極體薄膜振動(dòng)傳感器的原理2本微型自供能振動(dòng)傳感器的工作原理3是本微型自供能振動(dòng)傳感器結(jié)構(gòu)示意圖(不含處理電路部分)圖4是本微型自供能振動(dòng)傳感器的軸側(cè)圖。
具體實(shí)施例方式
以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案中進(jìn)一步說(shuō)明圖中1為駐極體、2為動(dòng)極板、3為MEMS可變電容器、4為左定極板、5為處理電路、6為右定極板、7為左定極板基板、8為左定極板叉指組、9為動(dòng)極板左叉指組、10為懸臂梁、11為質(zhì)量塊、12為右定極板叉指組、13為動(dòng)極板右叉指組、14為右定極板基板、15為右定極板引出電極、16為動(dòng)極板基板、17為左定極板引出電極。
動(dòng)極板2由四個(gè)懸臂梁10、質(zhì)量塊11、動(dòng)極板左叉指組9、動(dòng)極板右叉指組13、動(dòng)極板基板16構(gòu)成。
結(jié)合圖2、圖3、圖4，微型自供能振動(dòng)傳感器主要包括駐極體1、動(dòng)極板2和左、右定極板4、6構(gòu)成的MEMS可變電容器3、處理電路5等。動(dòng)極板2與左、右定極板4、6是利用MEMS技術(shù)在同一個(gè)芯片上加工而成。動(dòng)極板2具有動(dòng)極板基板16，動(dòng)極板基板16通過(guò)四根懸臂梁10將質(zhì)量塊11支撐起來(lái)，質(zhì)量塊11兩側(cè)分布有動(dòng)極板左、右叉指組9、13。左定極板4由左定極板基板7、左定極板叉指組8、左定極板引出電極17構(gòu)成。右定極板6由右定極板基板14、右定極板叉指組12、右定極板引出電極15構(gòu)成。左、右定極板4、6上設(shè)置的左、右定極板叉指組8、12分別與質(zhì)量塊11兩側(cè)分布的動(dòng)極板左、右叉指組9、13相對(duì)，形成兩個(gè)可變電容器，引出的左、右定極板引出電極15、17連接到處理電路5。駐極體1采用SiO2薄膜駐極體，黏貼在動(dòng)極板的質(zhì)量塊11上，或直接在動(dòng)極板的質(zhì)量塊上加工而成，其單面電極通過(guò)引線連接到處理電路。
處理電路參見(jiàn)圖2，它是一個(gè)整流濾波電路，定極板上的電荷轉(zhuǎn)移產(chǎn)生電流，電流經(jīng)左、右定極板引出電極15、17進(jìn)入處理電路5，經(jīng)整流成直流并濾波輸出。
權(quán)利要求
1.自供能微型振動(dòng)傳感器，其特征在于它由MEMS可變電容器、駐極體和處理電路構(gòu)成；MEMS可變電容器由一個(gè)動(dòng)極板和兩個(gè)定極板構(gòu)成；動(dòng)極板由懸臂梁、質(zhì)量塊以及在質(zhì)量塊兩側(cè)形成的兩組叉指組成；定極板上各有一組叉指，分別與動(dòng)極板的兩組叉指相對(duì)，形成兩個(gè)可變電容；兩定極板上分別有引出電極，經(jīng)電極線連接處理電路；駐極體黏貼在動(dòng)極板的質(zhì)量塊上或在質(zhì)量塊上直接加工形成，其單面電極引出到處理電路。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自供能微型振動(dòng)傳感器，其特征在于駐極體采用薄膜駐極體。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種微型自供能振動(dòng)傳感器，主要包括MEMS可變電容器、駐極體和處理電路。其中，MEMS可變電容器由一個(gè)動(dòng)極板和兩個(gè)定極板所構(gòu)成。動(dòng)極板由懸臂梁、質(zhì)量塊以及在質(zhì)量塊兩側(cè)形成的兩組叉指組成。定極板上各有一組叉指。動(dòng)極板兩組叉指分別與兩個(gè)定極板上的叉指分別相對(duì)，形成兩個(gè)可變電容。兩個(gè)定極板上分別設(shè)有引出電極，動(dòng)極板上設(shè)有動(dòng)極板引出電極。上述電極經(jīng)線路連接處理電路。本發(fā)明是一種高集成度、長(zhǎng)壽命、體積小、無(wú)需外部供電、不受聲壓影響的微型自供能振動(dòng)傳感器，可以應(yīng)用于電動(dòng)車(chē)、摩托車(chē)、汽車(chē)等車(chē)輛防盜報(bào)警的裝置相配套使用的振動(dòng)傳感裝置以及其他振動(dòng)檢測(cè)領(lǐng)域，具有極為廣泛的用途。
文檔編號(hào)G08B13/02GK1651876SQ20051002042
公開(kāi)日2005年8月10日 申請(qǐng)日期2005年2月26日 優(yōu)先權(quán)日2005年2月26日
發(fā)明者溫中泉, 溫志渝 申請(qǐng)人:重慶大學(xué)