石英谐振式压力传感器

    石英谐振式主要由压力敏感元件和激振电路组成。传感器的结构包括压力接口、压力敏感元件和壳体等。压力敏感元件是传感器的核心,它包括弹性膜片和音叉式力敏谐振器。当压力作用于弹性膜片时,使膜片产生变形,导致膜片沿直径方向产生拉力或压力,并将该力作用到谐振梁上,谐振梁的频率随作用力变化而变化,利用谐振梁的频率变化来检测被测压力的大小。压力敏感元件各部均由石英晶体材料制成。石英力敏谐振器通过光刻和化学腐蚀工艺加工完成,并采用烧结工艺装配到弹性膜片上,然后,在真空条件下,将弹性膜片烧结到已研磨出空腔的基座上,在完成基座与弹性膜片烧结同时也形成了真空参考力腔,这即符合制作绝压传感器的设计要求,又满足了谐振器的真空工作环境需要。

    石英力敏谐振器是由2个外侧的支撑梁和2个内侧谐振梁构成,电极分布在谐振梁上,且分布在谐振梁的上下表面与侧面,支撑梁上没有电极。利用铜镀层掩蔽,采用各向异性腐蚀液对石英晶体进行刻蚀。采用旋转蒸发方式蒸电极层,侧面电极通过增加特制侧面光源进行光刻,这样,就解决了侧电极制作难题。完成光刻的谐振器需要进行温度循环处理,减少残余应力。

    力敏谐振器与弹性膜片用玻璃粉烧结到一起,使其形成刚性连接。由于力敏谐振器在膜片上的位置直接影响传感器的输出与精度,为此,在烧结过程中采用专用夹具防止谐振器在烧结过程中产生滑移,这也是压力敏感元件制作过程中的关键工艺之一。

  基座与弹性膜片之间采用玻璃粉烧结在一起,该烧结过程是在真空条件下进行的。这样,既实现了弹性膜片与基座之间形成刚性连接,又实现了压力腔体的真空密封,从而完成了的真空封装。为保证传感器的精度,在烧结过程中仍需使谐振器处于空腔的中心位置,为此,采用了专用夹具。

  将压力敏感元件、传感器激振电路和壳体进行装配,这样,就完成传感器的制作。

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