【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及微機電系統(tǒng)，特別是涉及一種壓電振動傳感器模組。
技術(shù)介紹
1、在現(xiàn)代工業(yè)和科研領(lǐng)域，振動監(jiān)測是一項關(guān)鍵技術(shù)，它對于設(shè)備、建筑等的健康評估、故障診斷和預(yù)測性維護至關(guān)重要。振動傳感器作為監(jiān)測系統(tǒng)的核心組件，其性能直接影響到監(jiān)測結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性。振動傳感器可以分為壓電式、電容式和慣性式；壓電振動傳感器在靈敏度、頻率范圍、電子噪聲、耐高溫性能和制造成本等方面具有優(yōu)勢。傳統(tǒng)的壓電振動傳感器基本結(jié)構(gòu)主要由質(zhì)量塊、壓電敏感元件和基座等組成，其中壓電敏感元件可以是石英晶體或壓電陶瓷等；其體積和重量較大，通常需要額外的信號處理電路，增加了系統(tǒng)的復(fù)雜性和成本，在小批量生產(chǎn)時經(jīng)濟性較差。mems技術(shù)的發(fā)展為振動傳感器領(lǐng)域帶來了革命性的變化。mems振動傳感器利用微電子機械系統(tǒng)技術(shù)，將微型化的機械結(jié)構(gòu)與電路集成在同一芯片上，實現(xiàn)了傳感器的微型化、智能化和低成本化，使其迅速成為國內(nèi)外振動傳感器的研究熱點。
2、壓電振動傳感器利用壓電材料d31(壓電材料橫向位移模式)彎曲壓電效應(yīng)，極易受到環(huán)境振動、沖擊和高頻諧振影響，導(dǎo)致質(zhì)量塊位移過大引起傳感器失效；同時，較大的頻率探測范圍通常要求器件具有較高的諧振頻率，從而導(dǎo)致靈敏度較低，影響傳感器對微小信號的監(jiān)測。
3、因此，如何提供一種壓電振動傳感器，以解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，提高傳感器的高靈敏度和高穩(wěn)定性，使其能夠在復(fù)雜多變的應(yīng)用場景中準(zhǔn)確、實時地探測振動信號，成為本領(lǐng)域技術(shù)人員亟待解決的一個重要技術(shù)問題。
4、應(yīng)該注意，上面對技術(shù)背景的介紹只是為了方便對本
技術(shù)實現(xiàn)思路
1、鑒于以上所述現(xiàn)有技術(shù)的缺點，本專利技術(shù)的目的在于提供一種壓電振動傳感器模組，用于解決現(xiàn)有技術(shù)中如何提高傳感器的可靠性和靈敏度，降低制作成本的問題。
2、為實現(xiàn)上述目的及其他相關(guān)目的，本專利技術(shù)提供一種壓電振動傳感器模組，包括：
3、阻尼基板，所述阻尼基板包括阻尼基板蓋板及阻尼基板底座；固定框架，所述固定框架設(shè)置于所述阻尼基板蓋板與所述阻尼基板底座之間，且所述固定框架、所述阻尼基板蓋板與所述阻尼基板底座之間具有振動腔；
4、壓電懸梁臂，所述壓電懸梁臂與所述固定框架連接，位于所述振動腔中；
5、質(zhì)量塊，所述質(zhì)量塊與所述壓電懸梁臂連接，且懸置于所述振動腔中，所述質(zhì)量塊包括相對設(shè)置的第一端和第二端，所述質(zhì)量塊的第一端與所述阻尼基板蓋板之間具有第一距離h1，所述質(zhì)量塊的第二端與所述阻尼基板底座之間具有第二距離h2。
6、可選地，將所述壓電懸梁臂斷裂強度下所述質(zhì)量塊的最大位移距離記作d100，將d100的80％記作d80，所述第一距離h1的范圍為d80≤h1≤d100，所述第二距離的范圍為d80≤h2≤d100。
7、可選地，所述阻尼基板蓋板中設(shè)置有與所述壓電懸梁臂電連接的電學(xué)重布線；所述壓電振動傳感器模組還包括耦合層，所述耦合層位于所述阻尼基板蓋板與所述固定框架之間且實現(xiàn)所述阻尼基板蓋板和所述固定框架之間的電連接。
8、可選地，所述壓電懸梁臂包括支撐懸梁臂層和壓電層，所述壓電懸梁臂的厚度范圍為10～100μm，所述壓電層的厚度范圍為0.1～10μm。
9、可選地，所述壓電層的材料包括氮化鋁、鈮酸鋰、鋯鈦酸鉛及鉭酸鋰中的一種。
10、可選地，所述壓電懸梁臂、所述質(zhì)量塊及所述固定框架通過半導(dǎo)體工藝一體成型。
11、可選地，所述壓電振動傳感器模組還包括與所述壓電懸梁臂電連接的電荷放大器或者電壓放大器。
12、可選地，所述阻尼基板蓋板、所述固定框架、所述壓電懸梁臂及所述質(zhì)量塊組成一個開口模組單元，所述壓電振動傳感器模組包括一個所述阻尼基板底座和至少兩個層疊的所述開口模組單元，相鄰的所述開口型模組單元電性相連。
13、可選地，相鄰的所述開口型模組單元的電性連接方式包括串聯(lián)或并聯(lián)。
14、可選地，所述阻尼基板的材料包括低溫共燒陶瓷(lcll)、fr-4、銅、鋁、高溫共燒陶瓷(htcc)中的一種。
15、如上所述，本專利技術(shù)提供一種壓電振動傳感器模組，壓電振動傳感器模組包括阻尼基板蓋板和阻尼基板底座、質(zhì)量塊、壓電懸梁臂、固定框架、電荷(電壓)放大器；其中，質(zhì)量塊通過壓電懸梁臂懸空在阻尼基板蓋板和阻尼基板底座之間，通過質(zhì)量塊的接收外界振動信號，帶動壓電懸梁臂的振動，產(chǎn)生壓電感應(yīng)信號，形成豎向的壓電振動傳感器模組，實現(xiàn)了豎向的止擋功能，提升了壓電振動傳感器模組的抗沖擊能力；同時采用多個壓電振動傳感器單元疊加，疊加多個壓電感應(yīng)信號，通過電荷(電壓)放大器實現(xiàn)信號的放大，成倍的提升了壓電振動傳感器模組的靈敏度和可靠性，降低了工藝復(fù)雜度，節(jié)約了流片成本。
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1.一種壓電振動傳感器模組，其特征在于，所述壓電振動傳感器模組包括：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓電振動傳感器模組，其特征在于：將所述壓電懸梁臂斷裂強度下所述質(zhì)量塊的最大位移距離記作D100，將D100的80％記作D80，所述第一距離h1的范圍為D80≤h1≤D100，所述第二距離h2的范圍為D80≤h2≤D100。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓電振動傳感器模組，其特征在于：所述阻尼基板蓋板中設(shè)置有與所述壓電懸梁臂電連接的電學(xué)重布線；所述壓電振動傳感器模組還包括耦合層，所述耦合層位于所述阻尼基板蓋板與所述固定框架之間且實現(xiàn)所述阻尼基板蓋板和所述固定框架之間的電連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓電振動傳感器模組，其特征在于：所述壓電懸梁臂包括支撐懸梁臂層和壓電層，所述壓電懸梁臂的厚度范圍為10～100μm，所述壓電層的厚度范圍為0.1～10μm。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的壓電振動傳感器模組，其特征在于：所述壓電層的材料包括氮化鋁、鈮酸鋰、鋯鈦酸鉛及鉭酸鋰中的一種。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓電振動傳感器模組，其特征在于：所述壓
7.根據(jù)權(quán)利要求1～6所述的任意一個壓電振動傳感器模組，其特征在于：所述壓電振動傳感器模組還包括與所述壓電懸梁臂電連接的電荷放大器或者電壓放大器。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓電振動傳感器模組，其特征在于：所述阻尼基板蓋板、所述固定框架、所述壓電懸梁臂及所述質(zhì)量塊組成一個開口模組單元，所述壓電振動傳感器模組包括一個所述阻尼基板底座和至少兩個層疊的所述開口模組單元，相鄰的所述開口型模組單元電性相連。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的壓電振動傳感器模組，其特征在于：相鄰的所述開口型模組單元的電性連接方式包括串聯(lián)或并聯(lián)。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓電振動傳感器模組，其特征在于：所述阻尼基板的材料包括低溫共燒陶瓷(LCLL)、FR-4、銅、鋁、高溫共燒陶瓷(HTCC)中的一種。
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種壓電振動傳感器模組，其特征在于，所述壓電振動傳感器模組包括：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓電振動傳感器模組，其特征在于：將所述壓電懸梁臂斷裂強度下所述質(zhì)量塊的最大位移距離記作d100，將d100的80％記作d80，所述第一距離h1的范圍為d80≤h1≤d100，所述第二距離h2的范圍為d80≤h2≤d100。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓電振動傳感器模組，其特征在于：所述阻尼基板蓋板中設(shè)置有與所述壓電懸梁臂電連接的電學(xué)重布線；所述壓電振動傳感器模組還包括耦合層，所述耦合層位于所述阻尼基板蓋板與所述固定框架之間且實現(xiàn)所述阻尼基板蓋板和所述固定框架之間的電連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓電振動傳感器模組，其特征在于：所述壓電懸梁臂包括支撐懸梁臂層和壓電層，所述壓電懸梁臂的厚度范圍為10～100μm，所述壓電層的厚度范圍為0.1～10μm。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的壓電振動傳感器模組，其特征在于：所述壓電層的材料包括氮化鋁、鈮...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：武震宇，汪洋，李安娜，張程，張家昌，
申請(專利權(quán))人：中國科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所，
類型：發(fā)明
國別省市：
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