[发明专利]一种压电传感器

说明书

本发明公开了一种压电传感器，包括底座，依次设置在底座上的第一胶粘层、压电薄膜层、第二胶粘层和质量块，所述压电薄膜层包括支撑体，依次设置在支撑体上的第一电极、压电薄膜和第二电极，所述压电薄膜的厚度为0.1‑10μm。本发明的压电传感器结构简单、体积小、重量轻、且适用于批量化生产。

技术领域

本发明涉及传感器技术领域，尤其涉及一种压电传感器。

背景技术

压电式传感器是基于压电效应的传感器。压电式传感器可以对各种动态力、机械冲击和振动进行测量，将力或者形变转换成电信号，广泛应用在声学、医学、力学、导航等领域。

锆钛酸铅(PZT)是一种PbZrO₃和PbTiO₃的混合材料，有着优异的压电特性和介电特性，因此，PZT是现有压电式传感器中应用最广泛的压电材料。其中，PZT中Zr/Ti配比发生变化或者添加一种或者两种其它微量元素(如锑、锡、锰、钨等)，其性能也会发生改变。

PZT压电加速度传感器是PZT压电传感器中的一种。它主要分为压缩和剪切两大类，压缩式传感器与剪切型相比具有更高的响应频率。图1是传统单轴压缩式压电加速度传感器的结构示意图，传统单轴压缩式压电加速度传感器包括中心柱1、压电片2、质量块3、预压弹簧4、固定部件5、外壳6和底座7。

现有的压电片2为压电陶瓷片，由压电陶瓷粉末压制烧结而成，由于粉末的颗粒比较大，烧制成的压电陶瓷片中不可避免的存在空隙，而且材料组成、密度、厚度也存在偏差。为了减小不均匀性，在使用前，需要对每个压电陶瓷片进行打磨处理，但也仍然存在不均匀性。此外，压电陶瓷片比较脆，特别是在厚度比较薄的情况下，一旦用力不均容易造成毁坏性破碎。为了防止破碎，现有压电陶瓷片的厚度一般在0.1mm以上。由于器件的本征共振频率与材料的厚度成反比，增加压电陶瓷片的厚度，会降低器件的共振频率，减小器件的使用频率范围，现有压电传感器的共振频率只有60kHz。

此外，由于压电陶瓷片各部件的材料不同，密度分布也不尽相同，而且机械加工存在误差，所以中心柱的位置很难与各部件的质量中心重合，从而产生偏心现象。

进一步地，由于中心柱的存在，加大了部件的尺寸及质量，现有压电传感器的一般外径在9mm，重量在5g以上，从而限制了器件的使用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，提供一种压电传感器，结构简单、体积小、重量轻、且适用于批量化生产。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种压电传感器，包括底座，依次设置在底座上的第一胶粘层、压电薄膜层、第二胶粘层和质量块，所述压电薄膜层包括支撑体，依次设置在支撑体上的第一电极、压电薄膜和第二电极，所述压电薄膜的厚度为0.1-10μm。

作为上述方案的改进，所述支撑体由不产生电荷的硬质材料制成，或者由产生电荷数量小于压电薄膜产生电荷数量的硬质材料制成，所述支撑体的厚度为0.05-2mm。

作为上述方案的改进，采用物理或者化学方式在支撑体上沉积形成压电薄膜。

作为上述方案的改进，所述压电薄膜包括Pb、Zr、Ti、Ba、Fe、Bi、Nb、Sr、La、Mn、Co、B、Ni、Li、Na、K、Sn和Si中的一种或几种元素。

作为上述方案的改进，所述压电薄膜为PZT薄膜、BaTiO薄膜、BiFeO₃薄膜、BaSrO₃薄膜、LiNbO₃薄膜、KNbO₃薄膜或LiTaO₃薄膜。

作为上述方案的改进，所述第一电极和第二电极包括Au、Ti、Pt、Ir、Ni、La、Ni、Ru、Sr、Ag、Cr、Al、Cu中的一种或几种元素。

作为上述方案的改进，所述质量块由铜、钨或钨铜制成。