专利摘要

本实用新型公开了一种谐振式压力传感器，本实用新型提供的谐振式压力传感器结构简单，通过设置同时感应压力和温度变化的第一谐振器和只感应温度变化的第二谐振器，并且设置温度传感器获取传感器实际工作温度，能够实现对两个敏感元件的频率差值进行温度校准补偿，提高了压力测量精度。

权利要求

1.一种谐振式压力传感器，其特征在于，所述谐振式压力传感器包括：传感器外壳，固定在所述传感器外壳内部的第一谐振器和第二谐振器，所述第一谐振器用于感应所述传感器外壳受到的压力变化以及所述传感器外壳内部的温度变化，所述第二谐振器设置于所述第一谐振器上方，用于感应所述传感器外壳内部的温度变化，所述谐振式压力传感器还包括固定在所述传感器外壳内部的温度传感器，所述温度传感器用于采集所述传感器外壳内部的环境温度。

2.根据权利要求1所述的谐振式压力传感器，其特征在于，所述传感器外壳包括第一端盖和第二端盖，所述第一端盖和第二端盖分别设置在所述传感器外壳的两端，将所述传感器外壳封闭形成空腔。

3.根据权利要求2所述的谐振式压力传感器，其特征在于，所述传感器外壳内壁设置有第一凸起部，所述第一端盖上设置有第二凸起部，所述第一端盖通过所述第二凸起部将所述第一谐振器压紧在所述第一凸起部的侧壁上。

4.根据权利要求3所述的谐振式压力传感器，其特征在于，所述第一端盖和所述第一谐振器之间还设置有垫片。

5.根据权利要求2所述的谐振式压力传感器，其特征在于，所述第二谐振器固定连接在所述第二端盖上。

6.根据权利要求5所述的谐振式压力传感器，其特征在于，所述第二端盖上设置有第三凸起部，所述第二谐振器粘贴固定在所述第三凸起部的侧壁上。

7.根据权利要求6所述的谐振式压力传感器，其特征在于，所述第二谐振器垂直于所述第二端盖设置。

8.根据权利要求2所述的谐振式压力传感器，其特征在于，所述谐振式压力传感器还包括分别与所述第一谐振器、所述第二谐振器以及所述温度传感器连接的传感器引脚，用于将所述第一谐振器的第一谐振频率和所述第二谐振器的第二谐振频率以及所述温度传感器采集的所述传感器外壳内部的环境温度传输至与所述谐振式压力传感器连接的处理器。

9.根据权利要求8所述的谐振式压力传感器，其特征在于，所述传感器引脚突出于所述压力传感器外表面设置。

10.根据权利要求1所述的谐振式压力传感器，其特征在于，所述温度传感器的型号为NST1001。

说明书

技术领域

本实用新型涉及压力传感器技术领域，尤其涉及一种谐振式压力传感器。

背景技术

压力传感器广泛应用于飞行器、海洋勘探、气象等各个领域，而随着各领域技术水平的提高，对压力传感器的精度要求也越来越高。

谐振式压力传感器是目前较常用的一种压力传感器，具有抗干扰能力强、稳定性好和数字化输出等特点，其工作原理是利用敏感元件的谐振频率会根据所受压力的变化而相应变化，通过标定敏感元件的输入压力与输出频率的对应关系，就可以通过检测敏感元件的谐振频率来获得敏感元件收到的压力，实现压力感应器功能。但是，现有的谐振式压力传感器中的敏感元件的封装结构大都比较复杂，并且，敏感元件的谐振频率不仅与其受到的压力有关，还与其所处的环境温度有关，现有的谐振式压力传感器中并没有设置温度补偿，测量精度不高。

因此，现有技术还有待改进和发展。

发明内容

本实用新型要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种谐振式压力传感器，旨在解决现有技术中压力传感器结构复杂、精度低的问题。

本实用新型的技术方案如下：

一种谐振式压力传感器，其中，所述谐振式压力传感器包括：传感器外壳，固定在所述传感器外壳内部的第一谐振器和第二谐振器，所述第一谐振器用于感应所述传感器外壳受到的压力变化以及所述传感器外壳内部的温度变化，所述第二谐振器设置于所述第一谐振器上方，用于感应所述传感器外壳内部的温度变化，所述谐振式压力传感器还包括固定在所述传感器外壳内部的温度传感器，所述温度传感器用于采集所述传感器外壳内部的环境温度。

所述的谐振式压力传感器，其中，所述传感器外壳包括第一端盖和第二端盖，所述第一端盖和第二端盖分别设置在所述传感器外壳的两端，将所述传感器外壳封闭形成空腔。

所述的谐振式压力传感器，其中，所述传感器外壳内壁设置有第一凸起部，所述第一端盖上设置有第二凸起部，所述第一端盖通过所述第二凸起部将所述第一谐振器压紧在所述第一凸起部的侧壁上。

所述的谐振式压力传感器，其中，所述第一端盖和所述第一谐振器之间还设置有垫片。

所述的谐振式压力传感器，其中，所述第二谐振器固定连接在所述第二端盖上。

所述的谐振式压力传感器，其中，所述第二端盖上设置有第三凸起部，所述第二谐振器粘贴固定在所述第三凸起部的侧壁上。

所述的谐振式压力传感器，其中，所述第二谐振器垂直于所述第二端盖设置。

所述的谐振式压力传感器，其中，所述谐振式压力传感器还包括分别与所述第一谐振器、所述第二谐振器以及所述温度传感器连接的传感器引脚，用于将所述第一谐振器的第一谐振频率和所述第二谐振器的第二谐振频率以及所述温度传感器采集的所述传感器外壳内部的环境温度传输至与所述谐振式压力传感器连接的处理器。

所述的谐振式压力传感器，其中，所述传感器引脚突出于所述压力传感器外表面设置。

所述的谐振式压力传感器，其中，所述温度传感器的型号为NST1001。

本实用新型的技术效果：本实用新型通过在所述传感器外壳内部设置第一谐振器、第二谐振器和温度传感器，并且通过简单的机械压紧方法固定所述第一谐振器，通过与第二端盖固定连接方法固定所述第二谐振器，实现了所述第一谐振器的第一谐振频率受到压力以及环境温度的影响，所述第二谐振器的第二谐振频率只受到环境温度的影响，并设置采集传感器外壳内部的实际环境温度的温度传感器，能够实现根据所述环境温度对所述第一谐振频率和所述第二谐振频率的差值进行补偿计算，获得了精度更高的压力测量结果。

附图说明

图1是本实用新型提供的谐振式压力传感器的较佳实施例的整体外观示意图；

图2是本实用新型提供的谐振式压力传感器的较佳实施例的中心截面图；

图3是本实用新型提供的谐振式压力传感器的较佳实施例的传感器外壳的结构示意图；

图4是本实用新型提供的谐振式压力传感器的较佳实施例的第二谐振器的固定结构示意图。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本实用新型进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

请参阅图1-2，图1是本实用新型提供的一种谐振式压力传感器的较佳实施例的整体结构图，图2是所述谐振式压力传感器的中心截面图。

从图1-2可以看出，本实施例中的谐振式压力传感器包括传感器外壳100，以及固定在所述传感器外壳100内的第一谐振器110和第二谐振器120。

优选地，所述第一谐振器110和所述第二谐振器120具体为QCM(Quartz CrystalMicrobalance石英晶体微天平)结构，其由石英晶体制成，当对谐振器施加一外加电场时，石英晶体会产生机械形变，而如果施加一交变电场，那么石英晶体会产生交变的机械形变，即机械振动，当施加的电场的激励信号与石英晶体的固有频率相等时，石英晶体的振动幅度剧增，产生压电谐振，在本技术领域内，将石英晶体产生压电谐振时的频率称为谐振频率。通过上述说明不难看出，可以通过将石英谐振器与适当的电路连接获取其的谐振频率，此为现有技术，在此不再赘述。

所述石英晶体的固有频率与所述石英晶体受到的压力相关。也就是说，当所述谐振器受到的压力产生变化时，其谐振频率会发生变化，现有的谐振式压力传感器就是应用了这一点，通过标定石英晶体受到的压力变化和谐振频率的变化的对应关系，通过测量石英晶体的谐振频率实现测量压力的目的。但是，当所述石英晶体所在的环境温度发生变化时，其谐振频率也会发生变化。当所述谐振式压力传感器被用于飞行器及海洋勘探等领域时，短时间内的快速温度变化使得谐振器的谐振频率受到温度的很大影响，造成测量精度严重下降，为了解决这个问题，本实用新型提供的一种谐振式压力传感器，是在所述传感器外壳100内设置有两个谐振器，其中所述第一谐振器110用于感应所述传感器外壳100受到的压力变化以及所述传感器外壳100内部的温度变化，所述第二谐振器120用于感应所述传感器外壳100内部的温度变化，并根据所述传感器外壳100内部的实际温度对所述第一谐振器110和所述第二谐振器120的谐振频率差值进行校准补偿，实现了具有更高精度的谐振式压力传感器。

具体地，所述传感器外壳100包括第一端盖130和第二端盖140，所述第一端盖130和所述第二端盖140分别设置在所述传感器外壳100的两端，将所述传感器外壳100封闭形成空腔，所述第一谐振器110和所述第二谐振器120就被容纳在所述空腔内，同时，所述空腔内还固定有温度传感器150，可以看到，由于所述传感器外壳110为封装结构，所述第一谐振器110、所述第二谐振器120和所述温度传感器150是处在一个腔体内，所以，三者的环境温度是相同的，通过温度传感器150获得的温度数据就是所述第一谐振器110和所述第二谐振器120的环境温度。

所述传感器外壳100的内壁设置有第一凸起部101，所述第一凸起部101的侧壁为所述第一谐振器提供支撑，如图3所示，可以看到，在本实施例中，所述第一凸起部101为周向凸起于所述传感器外壳100的内部，这样，所述第一凸起部101的侧壁就形成了一个环形的支撑面102，所述第一谐振器110就设置在所述支撑面102上，这样，当所述第一谐振器110受压时，与所述第一凸起部101的接触面积比较大，所述第一谐振器110不容易被压伤。如图2所示，所述第一端盖130上设置有第二凸起部131，当所述第一端盖130被装配在所述传感器外壳100上时，所述第二凸起部131伸入所述传感器外壳内，将所述第一谐振器110压紧固定在所述支撑面102上，这样，当所述谐振式压力传感器受到压力时，所述压力施加到所述传感器外壳上，所述第一端盖130就会发生微小的变形，将受到的压力传递到所述第一谐振器110上。

为了防止所述第一端盖130的加工表面不一致，导致其对所述第一谐振器110的压力不能平均分布，影响所述第一谐振器110的可靠性，在本实施例中，在所述第一谐振器110和所述第一端盖130之间还设置一垫片160，使得所述第一谐振器110能够均匀受压。

可以看出，所述第一谐振器110是裸露设置于所述传感器外壳100内，因此，所述第一谐振器110除了能够感应到所述谐振式压力传感器受到的压力变化，还能够感应到所述传感器外壳100内部的温度变化。所述第一谐振器110的第一谐振频率受到所述第一谐振器110受到的压力和所述传感器内部的温度两个因素的影响。

在本实施例中，所述第二谐振器120是直接固定连接与所述第二端盖140上的，具体地，在本实施例中，优选地，所述第二谐振器120是通过粘胶粘贴固定在所述第二端盖140上的，如图4所示，所述第二端盖140上设置有第三凸起部141，所述第三凸起部141的侧壁提供了所述第二谐振器120的固定面142，所述第二谐振器120通过粘胶粘贴在所述固定面142上，本实施例中的第二谐振器120的固定方式结构简单，不需要复杂工艺。当然，所述第二谐振器120也可以通过如铆接、焊接等其他方式固定在所述第二端盖140上，本实用新型对此不做具体的限定。很明显地，由于所述第二谐振器120是固定连接在所述第二端盖140上，所述第二谐振器120与所述第二端盖140是一体式，之间没有间隙，不会传递压力，当所述谐振式压力传感器受到压力，所述第二端盖140受力发生形变时，所述第二谐振器120是会随着所述第二端盖140的形变一起运动，而不会受到所述形变的影响，即，所述第二谐振器不会受压。同样地，所述第二谐振器120是裸露设置于所述传感器外壳100内，所述第二谐振器120能够感应到所述传感器外壳100内部的温度变化。也就是说，所述第二谐振器120的第二谐振频率只受环境温度的影响。

如图2所示，在本实施例中，优选地，所述第二谐振器120是竖向粘贴在所述第二端盖140上的，即，垂直于所述第二端盖140设置，一方面，可以使得所述第二谐振器120与所述第一谐振器110的距离更短，使得二者的环境温度差异更加小，使得所述谐振式压力传感器的测量结果精度更高。另一方面，所述第二谐振器120竖向设置也可以防止所述第二谐振器120和所述第二端盖140的连接不良，产生间隙时，所述第二端盖140的形变会对所述第二谐振器120的感压面产生压力，影响所述谐振器传感器的测量精度。

从上面的说明可以看出，所述第一谐振器110的第一谐振频率是受到所述第一谐振器110受到的压力和所述传感器外壳100内部的温度影响，用公式可以表示为：fR1-fR1_T1＝fp+ΔT1·TCF1，其中，fR1为所第一谐振频率，fR1_T1为第一参考谐振频率，其为所述第一谐振器110在参考温度T1下，不受任何压力时的谐振频率，可以通过测试得到，fR1-fR1_T1就是所述第一谐振器110的整体谐振频率变化，其谐振频率变化包括由压力导致的谐振频率变化和由温度导致的谐振频率变化，fp为所述第一谐振器110的感压谐振频率，即所述第一谐振器110的谐振频率变化中由于受到压力作用导致的那一部分谐振频率变化，ΔT1表示所述第一谐振器110的环境温度与所述参考温度T1的差值，即，当前环境温度相对于所述参考温度T1的温度变化数据，TCF1为所述第一谐振器110的感温谐振系数，其为所述第一谐振器110的特性值，当所述第一谐振器110被加工完成后就不再改变，可以在所述第一谐振器110被加工完成后通过测试获取，ΔT1·TCF1为所述第一谐振器110的第一感温谐振频率，即所述第一谐振器110的谐振频率变化中由于受温度作用导致的那部分谐振频率变化。

而所述第二谐振器120的第二谐振频率只会受到所述传感器外壳100内部的温度影响，用公式可以表示为：fR2-fR2_T1＝ΔT2·TCF2，其中，fR2为所述第二谐振频率，fR2_T1为第二参考谐振频率，其为所述第二谐振器120在参考温度T1下，不受任何压力时的谐振频率，可以通过测试得到，fR2-fR2_T1就是所述第二谐振器120的整体谐振频率变化，其谐振频率变化只包括由温度导致的谐振频率变化，ΔT2表示所述第二谐振器120的环境温度与所述参考温度T1的差值，即，当前环境温度相对于所述参考温度T1的温度变化数据，TCF2为所述第二谐振器120的感温谐振系数，其为所述第二谐振器120的特性值，当所述第二谐振器120被加工完成后就不再改变，可以在所述第二谐振器120被加工完成后通过测试获取，ΔT2·TCF2为所述第二谐振器120的第二感温谐振频率，即所述第二谐振器120受温度作用导致的谐振频率变化。

这样，我们可以得到所述第一谐振器110的第一谐振频率和所述第二谐振器120的第二谐振频率的差值为：fR1-fR2＝(fR1_T1-fR2_T1)+fp+(ΔT1·TCF1-ΔT2·TCF2)，而由在本实用新型提供的所述谐振式压力传感器中，所述第一谐振器110和所述第二谐振器120是处于同一腔体中，所以二者的环境温是一样的，相对于参考温度T1的温度变化数据也一样，即ΔT1＝ΔT2，为了方便描述，统一用ΔT来表示。那么，所述第一谐振频率和所述第二谐振频率的差值为：fR1-fR2＝(fR1_T1-fR2_T1)+fp+ΔT·(TCF1-TCF2)。从公式不难看出，在所述第一谐振器110和所述第二谐振器120的参考谐振频率一样，即所述第一参考谐振频率fR1_T1等于所述第二参考谐振频率fR2_T1，并且所述第一谐振器110和所述第二谐振器120的对温度的敏感度是一样，即所述第一谐振器110的感温谐振系数TCF1和所述第二谐振器120的感温谐振系数TCF2相同的情况下，第一谐振器110的第一谐振频率和所述第二谐振器120的第二谐振频率的差值为：fR1-fR2＝fp，也就是说，所述第一谐振频率和所述第二谐振频率的差值就代表了所述第一谐振器110的感压谐振频率。

但是，在实际情况中，由于不可能存在两个完全相同的石英晶体，所述第一谐振器110和所述第二谐振器120的特性不可能完全一样，因此，简单地将所述第一谐振频率和所述第二谐振频率的差值来获取所述第一谐振器110的感压谐振频率进而获取到所述第一谐振器110所受到的压力的方法是不精确的。为了进一步提高根据所述第一谐振器110和所述第二谐振器120的谐振频率的差值获取所述第一谐振器110所受到的压力的精度，在本实施例中，还设置所述温度传感器150，前面已经说明，所述温度传感器150也是设置在所述传感器外壳100内部，与所述第一谐振器110和所述第二谐振器120处于所述传感器外壳100内部的同一空腔内，三者的环境温度一致，这样，所述温度传感器150就可以采集所述传感器外壳100内部的实际温度，进而获取所述第一谐振器110和所述第二谐振器120实际温度变化数据ΔT，从而通过公式fR1-fR2＝(fR1_T1-fR2_T1)+fp+ΔT·(TCF1-TCF2)对所述感压谐振频率进行实际温度补偿计算，获取到更准确的所述第一谐振器110的感压谐振频率。在本实施例中，所述温度传感器的型号为NST1001，其具有尺寸小、精度高、稳定好等优点，当然，本领域技术人员可以根据实际情况选择其他型号的温度传感器。

为了采集到所述第一谐振频率、所述第二谐振频率以及所述温度变化数据并将所述数据输出至处理器进行计算获得所述感压谐振频率，在本实施例中，如图1-2所示，所述谐振式压力传感器还设置有信号引脚170，优选地，所述信号引脚170设置有三个，分别与所述第一谐振器110、所述第二谐振器120以及所述温度传感器150相连接，可以获取到所述第一谐振器110的第一谐振频率、所述第二谐振器120的第二谐振频率以及所述温度传感器150采集的所述传感器外壳100内的环境温度，具体地，前面已经说明，可以通过将所述第一谐振器110和所述第二谐振器120在与适当的电路连接获取所述第一谐振频率和所述第二谐振频率，在本实施例中，所述信号引脚170通过与测量所述第一谐振器110和所述第二谐振器120的电路连接实现与所述第一谐振器110和所述第二谐振器120的连接(具体测量电路图中未示出)，从而获取所述第一谐振频率和所述第二谐振频率，而所述温度传感器150可以输出所述传感器外壳100内的环境温度，所述信号引脚170与所述温度传感器150的输出端连接，从而获取到所述温度传感器150测得的所述传感器外壳100内的环境温度。所述信号引脚170突出于所述谐振式温度传感器的外表面，因此所述信号引脚170可以插入与所述谐振式压力传感器连接的处理器的信号接口，从而将所述第一谐振频率、第二谐振频率以及所述环境温度传输至所述处理器。而所述第一参考谐振频率fR1_T1、所述第二参考谐振频率fR2_T1、所述第一谐振器110的感温谐振系数TCF1、所述第二谐振器120的感温谐振系数TCF2都可以是在所述第一谐振器110和所述第二谐振器120被加工完成后通过测试测得并存储在所述处理器中，所述温度变化数据ΔT为所述温度传感器采集的所述传感器外壳100内部的环境温度与所述参考温度T1的差值。因此，当所述处理器接收到所述第一谐振频率、第二谐振频率以及所述环境温度时，就可以根据公式fR1-fR2＝(fR1_T1-fR2_T1)+fp+ΔT·(TCF1-TCF2)计算出所述第一谐振器110的所述感压谐振频率。

而所述感压谐振频率与所述第一谐振器110受到的压力存在对应关系，这由所述谐振器110的特性所决定，当所述谐振器110被加工完成后，所述对应关系就确定不变，因此可以通过测试获得。在得到所述感压谐振频率后就可以根据所述对应关系获取到所述第一谐振器110受到的压力。

而所述第一谐振器110受到的压力由装配压力和所述谐振式传感器受到的压力两部分组成。前面已经说明过，由于所述第一端盖130将所述第一谐振器110压紧固定，所以，当所述谐振式传感器受到压力时，会通过所述第一端盖130传递至所述第一谐振器110上。而所述装配压力是指，为了保证所述谐振式传感器受到的压力能够通过所述第一端盖130传递至所述第一谐振器110上，在所述谐振式传感器装配完成的初始状态下，所述第一端盖130就需要将所述第一谐振器110压紧，我们将这个压力称之为装配压力。如果需要获得所述谐振式传感器受到的压力，则需要从所述第一谐振器110受到的压力中减去所述装配压力。而通过前面的说明，不难看出，只需要根据公式fR1-fR2＝(fR1_T1-fR2_T1)+fp+ΔT·(TCF1-TCF2)，将所述谐振式压力传感器放置在环境温度为所述参考温度T1的环境中一段时间，直至所述传感器外壳100内部的环境温度与外部环境温度一致，也为T1时，ΔT＝0，就可以去除环境温度对所述第一谐振频率的影响，获得所述第一谐振器110只受到装配压力影响下的所述感压谐振频率，进而通过所述感压谐振频率获取所述装配压力。将所述装配压力存储至所述处理器中，当所述处理器获取到所述第一谐振器110受到的压力后，就可以根据所述第一谐振器110受到的压力获得所述谐振式压力传感器受到的外界压力。

综上所述，本实用新型提供的一种谐振式压力传感器，通过在所述传感器外壳内部设置第一谐振器、第二谐振器和温度传感器，并且通过简单的机械压紧方法固定所述第一谐振器，通过胶粘固定的方法固定所述第二谐振器，实现了所述第一谐振器的第一谐振频率受到压力以及环境温度的影响，所述第二谐振器的第二谐振频率只受到环境温度的影响，并设置所述温度传感器测得传感器外壳内部的实际环境温度，实现了根据所述环境温度对所述第一谐振频率和所述第二谐振频率的差值进行补偿计算，获得了精度更高的压力测量结果。

应当理解的是，本实用新型的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本实用新型所附权利要求的保护范围。

一种谐振式压力传感器专利购买费用说明

Q：办理专利转让的流程及所需资料

A：专利权人变更需要办理著录项目变更手续，有代理机构的，变更手续应当由代理机构办理。

1：专利变更应当使用专利局统一制作的“著录项目变更申报书”提出。

2：按规定缴纳著录项目变更手续费。

3：同时提交相关证明文件原件。

4：专利权转移的，变更后的专利权人委托新专利代理机构的，应当提交变更后的全体专利申请人签字或者盖章的委托书。

Q:专利著录项目变更费用如何缴交

A：（1）直接到国家知识产权局受理大厅收费窗口缴纳,（2）通过代办处缴纳，（3）通过邮局或者银行汇款,更多缴纳方式

Q：专利转让变更，多久能出结果

A：著录项目变更请求书递交后，一般1-2个月左右就会收到通知，国家知识产权局会下达《转让手续合格通知书》。