[实用新型]一种谐振式石英晶体温度传感器

说明书

技术领域

本实用新型涉及光机电一体化的温度传感器，特别是涉及一种谐振式温度传感器。

背景技术

2003年，何谨、林江等人在英国的《传感器评论》((Sensor Review vol.23No.2，2003.PP.134～142)上发表一篇关于石英音叉温度传感器的论文《一种新型的低成本、高技术指标的石英音叉温度传感器》(《A new low-costhigh-performance quartz tuning-fork temperature sensor》)，该论文中所述的传感器的结构如图1所示，它由音叉3、第一管脚4、第二管脚5、管座6、管帽8、玻璃密封料7、第一电极1和第二电极2组成，音叉3位于管帽8中且与管帽8的内侧壁不接触，第一管脚4的一端与音叉基础3-3的末端固定连接，第二管脚4的一端与音叉基础3-3的末端固定连接，第一管脚4与第二管脚5相互平行且以音叉3的中心线对称，管座6与管帽8的开口端连接且使管帽8内形成密封的空间，管座6上有两个通孔，第一管脚4的另一端和第二管脚5的另一端分别穿过管座6上的两个通孔延伸出管帽8，第一管脚4与管座6上的通孔之间和第二管脚5与管座6上的通孔之间使用玻璃密封料7密封，音叉3的第一叉臂3-1的前表面和后表面固定有第二金属膜22，音叉3的左侧壁固定有第三金属膜33，第一叉臂3-1的右侧壁固定有第三一金属模331，第三金属膜33和第三一金属模331通过位于第二金属膜22上方的第一金属膜11连接，第一金属膜11与第二金属膜22之间绝缘，音叉3的第二叉臂3-2的前表面和后表面固定有第五金属膜55，音叉3的右侧壁固定有第六金属膜66，第二叉臂3-2的左侧壁固定有第六一金属膜661，第六金属膜66和第六一金属膜661通过位于第五金属膜55上方的第四金属膜44连接，第四金属膜44与第五金属膜55之间绝缘，第二金属膜22、第六金属膜66和第六一金属膜661构成第一电极，并与位于音叉基础3-3底部的第二管脚5连接，第三金属膜33、第五金属膜55和第三一金属模331构成第二电极，并与位于音叉基础3-3底部的第一管脚4连接。

这种传感器的音叉3是采用机械切叉法制作的弯曲振动模式石英片，它的主要缺点如下：一、为了防止振动能量从支承部分向外部泄漏，提高＂能阱＂效果，该传感器的音叉的基础部分体积制作得较大，使得传感器容易受外部机械振动和冲击的干扰，传感器的响应时间较长。二、采用传统机械切叉法加工音叉，不能够保证音叉结构的完全对称，使音叉的谐振不平衡，从而导致音叉基础部分振动位移的变大，振动能量外泄增大，进而引起晶体谐振器的串联等效阻抗的增大，品质因数(Q值)下降，传感器分辨率降低，抗干扰能力变差。

现有技术中大部分都是单转角切型(例如X+10°切型)的谐振式石英音叉温度传感器，这种方法制作的传感器不仅不容易获得高技术指标，而且其设计自由度也小，很难满足各种测温场合的要求。

实用新型内容

本实用新型是为了克服现有石英音叉温度传感器的响应时间长、温度分辨率低、抗干扰能力差，以及无法满足各种测温场合的缺点，从而提供一种新型的谐振式石英晶体温度传感器。

一种谐振式石英晶体温度传感器，它由音叉、第一管脚、第二管脚、管座、管帽、玻璃密封料、第一电极和第二电极组成，音叉位于管帽中且与管帽的内侧壁不接触，第一管脚的一端与音叉基础的末端固定连接，第二管脚的一端与音叉基础的末端固定连接，第一管脚与第二管脚相互平行且以音叉的中心线对称，管座与管帽的开口端连接且使管帽内形成密封的空间，管座上有两个通孔，第一管脚的另一端和第二管脚的另一端分别穿过管座上的两个通孔延伸出管帽，第一管脚与管座上的通孔之间和第二管脚与管座上的通孔之间使用玻璃密封料密封，第一电极分布于音叉的第一叉臂的前表面、后表面和第二叉臂的侧壁，第二电极分布于音叉的第二叉臂的前表面、后表面和第一叉臂的侧壁，音叉的表面开有多个孔，所述多个孔以音叉的中心线对称分布，位于第一叉臂表面上的孔的内壁固定有金属膜，所述金属膜与第一电极连接，位于所述第二叉臂表面上的孔的内壁固定有金属膜，所述金属膜与第二电极连接，音叉的侧壁开有多个缺口，所述多个缺口以音叉的中心线对称，位于第一叉臂侧壁上的缺口和位于音叉基础的左侧壁的缺口的内壁均固定有金属膜，并且所述金属膜与第二电极连接，位于第二叉臂上的缺口和位于音叉基础的右侧壁上的缺口的内壁均固定有金属膜，并且所述金属膜与第一电极连接，音叉是双转角切型的石英晶片。

工作原理：弯曲振动模式的谐振式温度传感器的参考谐振频率f可用下式表示：