[实用新型]一种基于金刚石薄膜的海水压力传感器

说明书

本实用新型属于海洋环境监测仪器技术领域，涉及一种用于检测海水压力的传感器。一种基于金刚石薄膜的海水压力传感器,包括底座、基底、绝缘层、压力敏感层、电极和金属外壳；其中，基底位于底座的顶面，其内部形成有应力腔；绝缘层位于基底的顶面；压力敏感层位于绝缘层的顶面，为单晶或多晶硼掺杂金刚石构成的尺寸、结构、成分完全相同的四块薄膜；电极包括四个，分别设置在形成所述压力敏感层的四块薄膜上；金属外壳安装在所述基底的顶面，并将所述绝缘层、压力敏感层和电极封装在其内，在金属外壳环绕形成的腔体内封装有液压油。本实用新型的海水压力传感器可以抑制传感器结构失稳与信号漂移，提高传感器对海水压力响应的灵敏度和稳定性。

技术领域

本实用新型属于海洋环境监测仪器技术领域，具体地说，是涉及一种用于检测海水压力的传感器。

背景技术

海水深度是海洋探测与开发利用领域的重要参量，准确获取海水压力与深度信息，是揭示海洋动力学参量演变规律的重要前提和基础。海水压力传感器可以通过测量海水压力得到待测海域的深度信息，目前已被广泛应用于温盐深探测仪、潜标及水下移动平台等海洋观测系统中。

压阻式压力传感器作为一种广泛使用的压力传感器，具有响应快、体积小、精度高、灵敏度高且无运动部件等优点，但由于扩散硅半导体材料性能的缺陷以及制造工艺方面的原因，该类型压力传感器存在结构失稳与时间漂移问题，使得测量结果受环境温度的影响大。为解决该类压力传感器的漂移问题，目前常用的方法是利用硬件电路、软件补偿算法等方式进行温度补偿与压力补偿，以提高压力传感器的整体性能。然而，由于扩散硅在高压下结构失稳，这些解决方法只能够在一定的时间范围内有效，对于需要长期连续工作以及工作环境在深海水下的海水压力传感器而言，将会导致检测结果出现严重的漂移，继而产生累计数据误差，严重影响海水深度检测的准确性。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种海水压力传感器，解决现有传感器的结构失稳与信号漂移问题，提高传感器对海水压力响应的灵敏度和稳定性。

本实用新型解决其技术问题采用的其中一种技术方案是：一种基于金刚石薄膜的海水压力传感器，包括底座、基底、绝缘层、压力敏感层、电极和金属外壳；其中，所述基底位于所述底座的顶面，其内部形成有应力腔；所述绝缘层位于所述基底的顶面，且位于所述应力腔的正上方；所述压力敏感层位于所述绝缘层的顶面，为单晶或多晶硼掺杂金刚石材料构成的尺寸、结构、成分完全相同的四块薄膜；所述电极包括四个，分别设置在形成所述压力敏感层的四块薄膜上；所述金属外壳安装在所述基底的顶面，并将所述绝缘层、压力敏感层和电极封装在其内，在所述金属外壳环绕形成的腔体内封装有液压油。

优选的，在所述压力敏感层中，硼的掺杂浓度为每立方厘米5.0×10¹⁷～6.0×10¹⁹个硼原子。

优选的，所述四块薄膜的厚度最好在5～20微米之间，四块薄膜用于布设电极的上表面的面积在100～2500μm²之间，四块薄膜形成四个压阻因子相同的薄膜电阻，所述四个薄膜电阻的压阻因子优选在120～3000之间。

优选的，所述绝缘层设计成圆形薄膜层，厚度在0.02～0.5mm之间，可以由本征金刚石或蓝宝石制成，并且形成所述压力敏感层的四块薄膜在所述绝缘层的顶面呈圆周等间距排布。

优选的，所述基底为由蓝宝石、或类金刚石、或本征金刚石材料制成的圆柱体，基底中形成的应力腔为真空腔体。

优选的，所述底座设计成圆柱形，其顶面形成环状的凸起，通过所述凸起与所述基底装配固定，以降低底座与基底之间的装配难度；在所述底座中开设有走线通道，连接四个电极的引线通过所述走线通道穿出底座。

优选的，所述电极为复合电极，由钛和金制成或者由钛和铬制成，并且所述钛与金的厚度比或者钛与铬的厚度比在1:2～1:10之间。