一种一体式石英谐振力频敏感元件及测力模块的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种一体式石英谐振力频敏感元件及测力模块，其中谐振敏感元件包括基座，基座表面设有通槽和双梁音叉，双梁音叉包括连接在通槽内壁之间相互平行的第一叉指和第二叉指，第一叉指、第二叉指表面均涂覆有电极区，双梁音叉工作在面内弯曲振动模态，谐振频率对轴向和横向的拉应力、压应力敏感；在垂直双梁音叉电极区的通槽两侧基座表面设有挠性支撑槽，其贯穿基座并将基座分为安装部和敏感摆片；双梁音叉、基座和挠性支撑槽均为一体成型石英结构体。该谐振敏感元件能够将垂直方向的力转变为沿双梁音叉轴向或横向的拉应力、压应力，可通过频率检测电路把双梁音叉的谐振频率输出，将外力转换为电信号，完成对力的数字化感应与测量。
【专利说明】
一种一体式石英谐振力频敏感元件及测力模块
技术领域
[0001]本实用新型涉及一种传感器检测领域，特别涉及一种一体式石英谐振力频敏感元件及测力模块。
【背景技术】
[0002]石英双端固定音叉，是一种基于面内弯曲振动模态的力频谐振器，其结构为两个固定端之间连接有两个音叉叉指，构成双梁音叉结构。由于谐振器的两根梁以180度的相位差反向振动，使得在振梁连接处的固定端部分产生的力和力矩相互抵消，以减少振动能量的损失，获得很高的品质因数，不需要特殊的隔振系统，利用石英晶体本身的压电效应，就可以激励和检测双梁的振动频率。该石英双端固定音叉，具有直接输出数字信号、温度特性稳定、动态范围广、灵敏度高、可以批量生产等优点，广泛应用于加速度传感器和陀螺仪的转换元件中。
[0003]当石英双端固定音叉用作为力传感器，作为加速度传感器的转换元件时，其原理是通过质量结构把被测的加速度转化为惯性力施加到振动梁上，引起振梁谐振频率的变化，检测出该频率就可以计算出相应的加速度。在实际应用过程中，容易出现的问题是，在高精度需求的战略导航、地震监测等领域，由于温度漂移会带来的测量误差，石英振梁加速度计的性能还不能达到要求。
[0004]为此，现有的方法一般采用温度补偿方式来克服温度漂移带来的测量误差，即将两个完全相同的石英双梁谐振器进行反向安装在中间施力结构上，两端再分别采用两个端部底座固定，以构成差动结构的双石英音叉谐振元件，通过检测两弯曲梁的频率差来减小温度变化对输出频率的影响。其存在的问题是，现有技术一般是将两个石英双梁谐振器的每个音叉叉指与中间施力传动结构采用粘接的方式连接，如采用胶粘剂或玻璃粉等材料进行粘接，由于粘接后的双石英音叉谐振元件各材料之间线膨胀系数不同，因此各材料间的热性能不匹配，胶粘剂在温度变化时发生蠕变和失效，再加上装配结构较为复杂以及结构应力集中等因素，均直接对该双石英音叉谐振元件传感器的精度带来显著的影响。
【实用新型内容】
[0005]本实用新型的目的在于克服现有技术中所存在的现有双石英音叉谐振元件的音叉叉指与中间施力传动结构采用粘接的方式连接，带来的各材料之间线膨胀系数不同、热性能不匹配、胶粘剂在温度变化时发生蠕变和失效对该谐振元件的精度带来显著影响的上述不足，提供一种一体式石英谐振力频敏感元件，同时还提供了一种测力模块。
[0006]为了实现上述实用新型目的，本实用新型提供了以下技术方案:
[0007]—种一体式石英谐振力频敏感元件，包括基座，所述基座表面设有通槽，所述通槽内设有双梁音叉，所述双梁音叉包括连接在所述通槽内壁之间的相互平行的第一叉指和第二叉指，所述第一叉指、第二叉指表面均涂覆有电极区，所述双梁音叉工作在面内弯曲振动模态，谐振频率对轴向拉应力、压应力和横向拉应力、压应力敏感;在垂直所述双梁音叉电极区的所述通槽两侧的基座表面设有挠性支撑槽，所述挠性支撑槽贯穿所述基座并将基座分为安装部和能够相对所述安装部摆动的敏感摆片;所述双梁音叉、安装部、敏感摆片和挠性支撑槽均为一体成型石英结构体。
[0008]本实用新型所述一种一体式石英谐振力频敏感元件，采用在基座上设置通槽，通槽内连接双梁音叉，基座上设有垂直于双梁音叉的挠性支撑槽，挠性支撑槽将基座分为安装部和敏感摆片，敏感摆片能够承受垂直方向的施力，使敏感摆片通过挠性支撑槽形成相对安装部的形变摆动，进而引起双梁音叉的形变，该一体式石英谐振力频敏感摆片能够将垂直方向的力转变为对双梁音叉沿轴向或横向的拉应力、压应力，可通过频率检测电路把双梁音叉的谐振频率输出，将外力转换为电信号，以完成对力的数字化感应与测量；由于该基座、通槽、双梁音叉、挠性支撑槽均为微机工艺一体成型，且为石英结构体，能够有效解决现有的双石英音叉谐振元件因分离元件安装过程无法避免安装精度和结构与材料间的应力问题，能够避免不同材料组装后导致的热膨胀系数不同、热性能不匹配、胶粘剂在温度变化时发生蠕变以及内应力的存在问题，减少了对该谐振元件的精度带来影响，以及能够有效减小因温度变化影响谐振频率输出值，进而影响对力的检测精度和分辨率，能够提高检测的稳定性，该谐振敏感元件具有频率输出、体积小、敏感度高以及品质因数高等优点。
[0009]进一步需要说明的，挠性支撑槽的作用原理在于，其对应双梁音叉的第一音叉和第二音叉电极区的位置，挠性支撑槽的弯曲变形直接影响双梁音叉电极区域的变形，而电极区域是双梁音叉能量最集中的部位，其变形的结果直接影响双梁音叉的振动能量，构成较为明显的阻尼效果，因此其能够导致敏感摆片在受到较小的外力作用下，通过挠性支撑槽的放大，引起双梁音叉谐振频率较大的改变，通过测量双梁音叉谐振频率的变化量，能够反推获得敏感摆片所受到的力的大小。
[0010]优选地，所述基座为圆形或椭圆形状，所述通槽对称设于所述基座轴线上，所述第一叉指和第二叉指相互对称设于所述基座轴线的两侧。
[0011]将基座设计为圆形状或椭圆形状，圆形状基座的直径或椭圆形基座长轴为基座的轴线，通槽对称设置在基座轴线上，第一叉指和第二叉指与基座轴线相互平行，且对称设于基座轴线两侧，不仅便于对基座进行加工，也便于在基座受到垂直作用力时，对称设置的第一叉指和第二叉指发生形变时，基座能够保持稳定，提高该一体式石英谐振力频敏感元件的感应与测量精确度。
[0012]优选地，所述第一叉指和第二叉指的两端均通过底座安装在所述通槽内壁之间，所述第一叉指和第二叉指之间的叉指槽长度短于所述第一叉指和第二叉指长度，以获得该敏感元件的第一叉指和第二叉指满足性能要求的弯曲刚度。
[0013]优选地，所述第一叉指和第二叉指的一端通过导电连接线连接，所述第一叉指和第二叉指的另一端分别设置正极接口和负极接口。
[0014]在第一叉指一端和第二叉指的一端通过导电连接线连接，并且第一叉指另一端和第二叉指另一端分别连接正极接口和负极接口，第一叉指和第二叉指上均涂覆有电极区，从而第一叉指和第二叉指实现相互串联，在对第一叉指和第二叉指进行谐振频率检测并输出时，只需要通过频率检测电路将正极接口和负极接口连通即可，连接方便可靠，提高了检测效率。
[0015]优选地，连接所述第一叉指和第二叉指的导电连接线设于位于所述敏感摆片的底座上，所述第一叉指、第二叉指上的所述正极接口和负极接口设于位于所述安装部的底座上，且所述正极接口和负极接口均为金属薄膜材质接口。
[0016]优选地，所述第一叉指、第二叉指的四个表面均涂覆有电极区，且每个表面均涂覆的电极区为间隔分布的正电极区和负电极区，每个叉指相对的两个表面相对正电极区和负电极区的位置相对分布，每个叉指相邻的两个表面的正电极区和负电极区交错分布，避免每个叉指的电极区形成短路。
[0017]优选地，所述挠性支撑槽的截面形状为圆弧形状或梯形状，便于加工。
[0018]优选地，所述基座的安装部上设有用于固定的安装孔，通过安装孔内填放石英砂，即与基座同材料的填充剂，石英砂在高温下能够将基座与安装结构连接在一起，能够有效避免因安装带来蠕变效应和因材料不同导致热膨胀系数不同的影响。
[0019]本实用新型还提供了一种测力模块，包括载体，所述载体上设有上述的一种一体式石英谐振力频敏感元件，以及与所述一体式石英谐振力频敏感元件适配的施力杠杆，所述施力杠杆的作用方向垂直于敏感摆片，所述第一叉指、第二叉指之间电连接有第一电子振荡回路和第一频率采集模块。
[0020]该测力模块，包括用于安装一体式石英谐振力频敏感元件的载体，载体上设有施力杠杆，施力杠杆的作用方向垂直于敏感摆片，同时载体上设有电连接第一叉指、第二叉指的电子振荡回路和频率采集模块，用于将第一叉指和第二叉指电导通以及输出双梁音叉的谐振频率;该测力模块能够方便安装与任何可以测量的装置上，能够通过作用在敏感摆片垂直方向的施力，该一体式石英谐振力频敏感摆片能够将垂直方向的力转变为对双梁音叉沿轴向或横向的拉应力、压应力，可通过频率检测电路把双梁音叉的谐振频率输出，将外力转换为电信号，以完成对力的数字化感应与测量，该测力模块能够有效减小温度变化影响谐振频率输出值，进而影响对力的检测精度和分辨率，能够提高检测的稳定性，该测力模块具有频率输出、体积小、敏感度高以及品质因数高的优点。
[0021]优选地，所述载体上设有石英板安装槽，所述一体式石英谐振力频敏感元件通过石英砂与所述石英板安装槽烧结在一起。
[0022]通过石英砂将一体式石英谐振力频敏感元件于载体烧结在一起，能够使一体式石英谐振力频敏感元件更加稳固的连接在载体上，使整个测力模块的材料热性能更加匹配，避免了通过现有胶粘剂连接而导致的在温度变化时发生蠕变以及内应力的存在问题，能够提高测力模块的检测精度。
[0023]优选地，所述基座为圆形或椭圆形状，所述通槽对称设于所述基座轴线上，所述第一叉指和第二叉指相互对称设于所述基座轴线的两侧，所述施力杠杆的作用位置位于所述基座的敏感摆片轴线上。
[0024]与现有技术相比，本实用新型的有益效果:
[0025]1、本实用新型所述一种一体式石英谐振力频敏感元件，采用在基座上设置通槽，通槽内连接双梁音叉，基座上设有垂直于双梁音叉的挠性支撑槽，挠性支撑槽将基座分为安装部和敏感摆片，敏感摆片能够承受垂直方向的施力，使敏感摆片通过挠性支撑槽形成相对安装部的形变摆动，进而引起双梁音叉的形变，该一体式石英谐振力频敏感摆片能够将垂直方向的力转变为对双梁音叉沿轴向或横向的拉应力、压应力，可通过频率检测电路把双梁音叉的谐振频率输出，将外力转换为电信号，以完成对力的数字化感应与测量；由于该基座、通槽、双梁音叉、挠性支撑槽均为微机工艺一体成型，且为石英结构体，能够有效解决现有的双石英音叉谐振元件因分离元件安装过程无法避免安装精度和结构与材料间的应力问题，能够避免不同材料组装后导致的热膨胀系数不同、热性能不匹配、胶粘剂在温度变化时发生蠕变以及内应力的存在问题，减少了对该谐振元件的精度带来影响，以及能够有效减小因温度变化影响谐振频率输出值，进而影响对力的检测精度和分辨率，能够提高检测的稳定性；
[0026]2、本实用新型所述一种一体式石英谐振力频敏感元件，将基座设计为圆形状或椭圆形状，圆形状基座的直径或椭圆形基座长轴为基座的轴线，通槽对称设置在基座轴线上，第一叉指和第二叉指与基座轴线相互平行，且对称设于基座轴线两侧，不仅便于对基座进行加工，也便于在基座受到垂直作用力时，对称设置的第一叉指和第二叉指发生形变时，基座能够保持稳定，提高该一体式石英谐振力频敏感元件的感应与测量精确度；
[0027]2、本实用新型所述一种一体式石英谐振力频敏感元件，在第一叉指一端和第二叉指的一端通过导电连接线连接，并且第一叉指另一端和第二叉指另一端分别连接正极接口和负极接口，第一叉指和第二叉指上均涂覆有电极区，从而第一叉指和第二叉指实现相互串联，在对第一叉指和第二叉指进行谐振频率检测并输出时，只需要通过频率检测电路将正极接口和负极接口连通即可，连接方便可靠，提高了检测效率；
[0028]3、本实用新型所述一种一体式石英谐振力频敏感元件，在基座的安装部上设有用于固定的安装孔，通过安装孔内填放石英砂，即与基座同材料的填充剂，石英砂在高温下能够将基座与安装结构连接在一起，能够有效避免因安装带来蠕变效应和因材料不同导致热膨胀系数不同的影响；
[0029]4、本实用新型所述一种测力模块，包括用于安装一体式石英谐振力频敏感元件的载体，载体上设有施力杠杆，施力杠杆的作用方向垂直于敏感摆片，同时载体上设有电连接第一叉指、第二叉指的电子振荡回路和频率采集模块，用于将第一叉指和第二叉指电导通以及输出双梁音叉的谐振频率;该测力模块能够方便安装与任何可以测量的装置上，能够通过作用在敏感摆片垂直方向的施力，该一体式石英谐振力频敏感摆片能够将垂直方向的力转变为对双梁音叉沿轴向或横向的拉应力、压应力，可通过频率检测电路把双梁音叉的谐振频率输出，将外力转换为电信号，以完成对力的数字化感应与测量，该测力模块能够有效减小温度变化影响谐振频率输出值，进而影响对力的检测精度和分辨率，能够提高检测的稳定性，该测力模块具有频率输出、体积小、敏感度高以及品质因数高的优点。
【附图说明】
:
[0030]图1为本实用新型所述一种一体式石英谐振力频敏感元件的结构示意图；
[0031]图2为图1中双梁音叉的放大结构示意图；
[0032]图3为图2中双梁音叉电极区的示意图；
[0033]图4为图3中左视图；
[0034]图5为图1中挠性支撑槽的结构示意图；
[0035]图6为本实用新型所述一种测力模块的结构示意图。
[0036]图中标记:
[0037]1、双梁音叉，11、第一叉指，12、第二叉指，13、叉指槽，2、基座，21、通槽，22、敏感摆片，23、，安装部，24、安装孔，3、底座，4、挠性支撑槽，41、槽宽，42、槽厚，43、槽长，51、正电极区，52、负电极区，61、连接线，62、正极接口，63、负极接口，7、施力杠杆，8、载体，9、安装槽。
【具体实施方式】
[0038]下面结合试验例及【具体实施方式】对本实用新型作进一步的详细描述。但不应将此理解为本实用新型上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本【实用新型内容】所实现的技术均属于本实用新型的范围。
[0039]实施例1
[0040]如图1、2所示，一种一体式石英谐振力频敏感元件，包括基座2，所述基座2表面设有通槽21，所述通槽21内设有所述双梁音叉I，所述双梁音叉I包括连接在所述通槽21内壁之间的相互平行的第一叉指11和第二叉指12，所述第一叉指11、第二叉指12表面均涂覆有电极区，所述双梁音叉I工作在面内弯曲振动模态，谐振频率对轴向拉应力、压应力和横向拉应力、压应力敏感;在垂直所述双梁音叉I电极区的所述通槽21两侧的基座2表面设有挠性支撑槽4，所述挠性支撑槽4贯穿所述基座2并将基座分为安装部23和能够相对所述安装部23摆动的敏感摆片22;所述双梁音叉1、安装部23、敏感摆片22和挠性支撑槽4均为一体成型石英结构体。
[0041]上述的基座2设计为圆形状或椭圆形状，圆形状基座2的直径或椭圆形基座长轴为基座2的轴线，如图1中的Y轴方向，另外在基座2平面垂直于Y轴的方向为X轴方向，垂直于X轴Y轴的方向为Z轴方向，Z轴方向即基座2上敏感摆片22所受到的施力方向；通槽21为方形状且对称设置在基座2轴线上，挠性支撑槽4沿X轴方向分布在通槽21两侧，形成位于同一直线上的两段槽;第一叉指11和第二叉指12与基座2轴线相互平行，且对称设于基座2轴线即Y轴两侧，不仅便于对基座2进行加工，也便于在基座2受到垂直作用力时，对称设置的第一叉指11和第二叉指12发生形变时，基座2能够保持稳定，提高该一体式石英谐振力频敏感元件的感应与测量精确度。
[0042]另外，如图2所示，第一叉指11和第二叉指12之间的叉指槽13长度短于第一叉指11和第二叉指12长度，在第一叉指11和第二叉指12受到作用力发生形变时，第一叉指11和第二叉指12端部的应力位置并非位于叉指槽13的槽口处，而是远离叉指槽13槽口的基座位置，避免第一叉指11和第二叉指12发生过大形变而从槽口位置断裂，以获得该敏感元件的第一叉指11和第二叉指12满足性能要求的弯曲刚度。
[0043]如图3、4所示，在第一叉指11一端和第二叉指12的一端通过导电连接线61连接，并且第一叉指11另一端和第二叉指12另一端分别连接正极接口 62和负极接口 63，第一叉指11和第二叉指12上均涂覆有电极区，从而第一叉指11和第二叉指12实现相互串联;可以采集对应的第一叉指11和第二叉指12的谐振频率信号;在需要在对第一叉指11和第二叉指12进行谐振频率检测并输出时，只需要通过频率检测电路将正极接口62和负极接口63连通即可，连接方便可靠，提高了检测效率。进一步的，可将连接第一叉指11和第二叉指12的导电连接线61设于底座3上，再将底座3连接在敏感摆片22上，将第一叉指11、第二叉指12上的正极接口 62和负极接口 63设于安装部23上;第一叉指11、第二叉指12的所述正极接口 62和负极接口 63均为金属薄膜材质接口。
[0044]另外，为了提高双梁音叉I和第二音叉2独立正负电极电连通的可靠性，在第一叉指11、第二叉指12的四个表面均涂覆有电极区，且每个表面均涂覆的电极区为间隔分布的正电极区51和负电极区52，每个叉指相对的两个表面相对正电极区51和负电极区52的位置相对分布，每个叉指相邻的两个表面的正电极区51和负电极区52交错分布，避免每个叉指的电极区形成短路。，同时第一叉指11和第二叉指12相对应位置的电极区正负交错分别，SP相同位置的第一叉指11为正电极区51时，第二叉指12为负电极区52，相同位置的第一叉指11为负电极区52时，第二叉指12为正电极区51;每个叉指上的正电极区51和负电极区52均为面电极的方式进行溅射镀膜。
[0045]如图1所示，基座2的安装部23上设有用于固定的安装孔24，通过安装孔24内填放石英砂，即与基座2同材料的填充剂，石英砂在高温下能够将基座2与安装结构连接在一起，能够有效避免因安装带来蠕变效应和因材料不同导致热膨胀系数不同的影响。
[0046]如图5所示，上述石英谐振力频敏感元件中挠性支撑槽4的弯曲刚度与其槽表面的槽宽41成反比，与槽底部槽厚42立方成正比，与槽的槽长43成正比。通过调整变其结构参数，即槽宽41、槽厚42和槽长43可以获得满足性能要求的弯曲刚度和最大灵敏度；同时通过调整合理的厚度即固有频率，避免谐振和由谐振引起的力频传感器精度下降。为此，将该挠性支撑槽4的截面形状设计为圆弧形状或梯形状，避免挠性支撑槽4受力时应力集中，也便于加工，图5中挠性支撑槽4的槽截面形状展示的为常规的矩形状。
[0047]该挠性支撑槽4的作用在于，其对应双梁音叉I的第一音叉11和第二音叉12电极区的位置，挠性支撑槽4的弯曲变形直接影响双梁音叉I电极区域的变形，而电极区域是双梁音叉I能量最集中的部位，其变形的结果直接影响双梁音叉I的振动能量，构成较为明显的阻尼效果，因此其能够导致敏感摆片22在受到较小的外力作用下，通过挠性支撑槽4的放大，引起双梁音叉I谐振频率较大的改变，通过测量双梁音叉I谐振频率的变化量，能够反推获得敏感摆片22所受到的力的大小。
[0048]该一体式石英谐振力频敏感元件的工作原理是，在对敏感摆片22以垂直方向施力作用下(本申请不限于对敏感摆片22垂直方向的施力，还可以是以一定角度倾斜于敏感摆片22的方向施力)，该一体式石英谐振力频敏感元件将以一定的频率振动，S卩当外力通过施力杠杆7作用在敏感摆片22上时，如图沿Z轴反方向施力时，敏感摆片22会在力作用下向下产生形变位移，同时牵引挠性支撑槽4发生变形，带动了双梁音叉I被拉伸，其中第一音叉11和第二音叉12同时被拉伸，该形变导致双梁音叉I的谐振频率发生变化，即对应的第一音叉11和第二音叉12的频率增加，这一变化通过频率检测电路转化为频率信号输出，从而实现该一体式石英谐振力频敏感元件作为传感器芯片的加速度-频率信号转换，完成对加速度的数字化测量，即力的测量。其中每个音叉谐振器的频率变化量，即频偏量指的是每个音叉谐振器的实际频率值相对于系统中参考谐振器的频率。
[0049]本实用新型所述一种一体式石英谐振力频敏感元件，采用在基座2上设置通槽21，通槽21内连接双梁音叉I，基座2上设有垂直于双梁音叉I的挠性支撑槽4，挠性支撑槽4将基座2分为安装部23和敏感摆片22，敏感摆片22能够承受垂直方向的施力，使敏感摆片22通过挠性支撑槽4形成相对安装部23的形变摆动，进而引起双梁音叉I的形变，该一体式石英谐振力频敏感摆片22能够将垂直方向的力转变为对双梁音叉I沿轴向或横向的拉应力、压应力，可通过频率检测电路把双梁音叉I的谐振频率输出，将外力转换为电信号，以完成对力的数字化感应与测量；由于该基座2、通槽21、双梁音叉1、挠性支撑槽4均为微机工艺一体成型，且为石英结构体，能够有效解决现有的双石英音叉谐振元件因分离元件安装过程无法避免安装精度和结构与材料间的应力问题，能够避免不同材料组装后导致的热膨胀系数不同、热性能不匹配、胶粘剂在温度变化时发生蠕变以及内应力的存在问题，减少了对该谐振元件的精度带来影响，以及能够有效减小因温度变化影响谐振频率输出值，进而影响对力的检测精度和分辨率，能够提高检测的稳定性，该谐振敏感元件具有频率输出、体积小、敏感度尚以及品质因数尚等优点。
[0050]实施例2
[0051]如图6所示，本实施例还提供了一种测力模块，包括载体8，其中载体8上设有如实施例I中的一种一体式石英谐振力频敏感元件，以及与该一体式石英谐振力频敏感元件适配的施力杠杆7，施力杠杆7的作用方向垂直于敏感摆片22，该一体式石英谐振力频敏感元件包括基座2，其中基座2表面设有通槽21，通槽21内设有双梁音叉I，双梁音叉I包括连接在通槽21内壁之间的相互平行的第一叉指11和第二叉指12，第一叉指11、第二叉指12表面均涂覆有电极区，双梁音叉I工作在面内弯曲振动模态，谐振频率对轴向拉应力、压应力和横向拉应力、压应力敏感;在垂直双梁音叉I电极区的通槽21两侧的基座2表面设有挠性支撑槽4，挠性支撑槽4贯穿基座2并将基座分为安装部23和能够相对安装部23摆动的敏感摆片22;基座2为圆形或椭圆形状，通槽21对称设于基座2轴线上，第一叉指11和第二叉指12相互对称设于基座2轴线的两侧，施力杠杆7的作用位置位于基座2的敏感摆片22轴线上。其中第一叉指11、第二叉指12之间电连接有电子振荡回路和频率采集模块。
[0052]其中，上述载体8上设有石英板安装槽9，一体式石英谐振力频敏感元件通过石英砂与石英板安装槽9烧结在一起。通过石英砂将一体式石英谐振力频敏感元件于载体8烧结在一起，能够使一体式石英谐振力频敏感元件更加稳固的连接在载体8上，使整个测力模块的材料热性能更加匹配，避免了通过现有胶粘剂连接而导致的在温度变化时发生蠕变以及内应力的存在问题，能够提高测力模块的检测精度。
[0053]该测力模块，包括用于安装一体式石英谐振力频敏感元件的载体8，载体8上设有施力杠杆7，施力杠杆7的作用方向垂直于敏感摆片22，同时载体8上设有电连接第一叉指U、第二叉指11的电子振荡回路和频率采集模块，用于将第一叉指11和第二叉指12电导通以及输出双梁音叉I的谐振频率;该测力模块能够方便安装与任何可以测量的装置上，能够通过作用在敏感摆片22垂直方向的施力，该一体式石英谐振力频敏感摆片能够将垂直方向的力转变为对双梁音叉I沿轴向或横向的拉应力、压应力，可通过频率检测电路把双梁音叉I的谐振频率输出，将外力转换为电信号，以完成对力的数字化感应与测量，该测力模块能够有效减小温度变化影响谐振频率输出值，进而影响对力的检测精度和分辨率，能够提高检测的稳定性，该测力模块具有频率输出、体积小、敏感度高以及品质因数高的优点。
[0054]以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
【主权项】
1.一种一体式石英谐振力频敏感元件，包括基座(2)，其特征在于，所述基座(2)表面设有通槽(21)，所述通槽(21)内设有双梁音叉(I)，所述双梁音叉(I)包括连接在所述通槽(21)内壁之间的相互平行的第一叉指(11)和第二叉指(12)，所述第一叉指(11)、第二叉指(12)表面均涂覆有电极区，所述双梁音叉(I)工作在面内弯曲振动模态，谐振频率对轴向拉应力、压应力和横向拉应力、压应力敏感;在垂直所述双梁音叉(I)电极区的所述通槽(21)两侧的基座表面设有挠性支撑槽(4)，所述挠性支撑槽(4)贯穿所述基座(2)并将基座分为安装部(23)和能够相对所述安装部(23)摆动的敏感摆片(22);所述双梁音叉(I)、安装部(23)、敏感摆片(22)和挠性支撑槽(4)均为一体成型石英结构体。2.根据权利要求1所述的一种一体式石英谐振力频敏感元件，其特征在于，所述基座(2)为圆形或椭圆形状，所述通槽(21)对称设于所述基座(2)轴线上，所述第一叉指(11)和第二叉指(12)相互对称设于所述基座(2)轴线的两侧。3.根据权利要求1所述的一种一体式石英谐振力频敏感元件，其特征在于，所述第一叉指(11)和第二叉指(12)的两端均通过底座(3)安装在所述通槽(21)内壁之间，所述第一叉指(11)和第二叉指(12)之间的叉指槽(13)长度短于所述第一叉指(11)和第二叉指(12)长度。4.根据权利要求3所述的一种一体式石英谐振力频敏感元件，其特征在于，所述第一叉指(11)和第二叉指(12)—端通过导电连接线(61)连接，所述第一叉指(11)和第二叉指(12)的另一端分别设置正极接口(62)和负极接口(63)。5.根据权利要求4所述的一种一体式石英谐振力频敏感元件，其特征在于，连接所述第一叉指(11)和第二叉指(12)的导电连接线(61)设于位于所述敏感摆片(22)的底座(3)上，所述第一叉指(11)、第二叉指(12)上的所述正极接口(62)和负极接口(63)设于位于所述安装部(23)的底座(3)上，且所述正极接口(62)和负极接口(63)均为金属薄膜材质接口。6.根据权利要求1所述的一种一体式石英谐振力频敏感元件，其特征在于，所述第一叉指(11)、第二叉指(12)的四个表面均涂覆有电极区，且每个表面均涂覆的电极区为间隔分布的正电极区(51)和负电极区(52)，每个叉指相对的两个表面相对正电极区(51)和负电极区(52)的位置相对分布，每个叉指相邻的两个表面的正电极区(51)和负电极区(52)交错分布。7.根据权利要求1所述的一种一体式石英谐振力频敏感元件，其特征在于，所述挠性支撑槽(4)的截面形状为圆弧形状或梯形状。8.根据权利要求1-7任一所述的一种一体式石英谐振力频敏感元件，其特征在于，所述基座(2)的安装部(23)上设有用于固定的安装孔(24)。9.一种测力模块，包括载体(8)，其特征在于，所述载体(8)上设有如权利要求1-8任一所述的一种一体式石英谐振力频敏感元件，以及与所述一体式石英谐振力频敏感元件适配的施力杠杆(7)，所述施力杠杆(7)的作用方向垂直于敏感摆片，所述第一叉指(11)、第二叉指(12)之间电连接有电子振荡回路和频率采集模块。10.根据权利要求9所述的一种测力模块，其特征在于，所述载体(8)上设有石英板安装槽(9)，所述一体式石英谐振力频敏感元件通过石英砂与所述石英板安装槽(9)烧结在一起。
【文档编号】G01L1/10GK205562088SQ201620387854
【公开日】2016年9月7日
【申请日】2016年5月3日
【发明人】潘静
【申请人】成都皆为科技有限公司