专利名称：自供能微型振动传感器的制作方法
技术领域：
本发明属于传感器技术领域，特别涉及一种微型振动检测用传感器。
背景技术：
目前常用的振动传感器通常采用电子结构、弹簧式的机械结构、以及水银开关等，但存在着体积大、结构复杂、需要外部供能等不足。近年来随着MEMS技术的迅猛发展，开发了一些新型的微型振动传感器，如压阻式、压电式振动传感器、采用驻极体薄膜的振动传感器等。对于采用驻极体薄膜的振动传感器，如图1所示，该振动传感器主要由管壳21、连接驻极体薄膜的基板22、通过微小间隙与该基板上的驻极体薄膜相对设置的金属振动板23构成，基板固定在外壳。驻极体薄膜与金属振动板构成一个可变电容，驻极体的静电场对金属振动板进行极化，在板上产生感应电荷。该传感器的工作原理是，振动板的振动引起驻极体薄膜与振动板之间电容的变化，从而在振动板上产生电荷量的变化，将电荷变化转换为电压信号取出，即可检测加在该传感器上的振动量。为了减小外部声音对振动检测的影响，通常采用密闭管壳21封装。但是密闭管壳封装的振动传感器仍然对低频声压有反应，对输出产生一定影响。可采用在振动板上设置通孔，提高对声压响应的最低频率等方式可以降低外部声压的影响，但是设置通孔会使振动板和基板的相对面积相应地减小，驻极体薄膜上的电荷利用效率减小，降低了传感器的检测灵敏度。
发明内容
本发明的目的是提供一种高灵敏度的、不受声压影响的微型自供能振动传感器。
本发明通过以下技术方案加以实现微型自供能振动传感器，主要包括MEMS可变电容器、驻极体和处理电路。其中，MEMS可变电容器由一个动极板和两个定极板所构成。动极板由悬臂梁、质量块以及在质量块两侧形成的两组叉指组成。定极板上各有一组叉指。动极板两组叉指分别与两个定极板上的叉指分别相对，形成两个可变电容。两个定极板上分别设有引出电极，动极板上设有动极板引出电极。上述电极经线路连接处理电路。
驻极体采用薄膜驻极体(如SiO2薄膜驻极体等)，黏贴到动极板的质量块上，或采用SiO2薄膜驻极体直接加工在动极板的质量块上，其单面电极引出到处理电路。
微型自供能振动传感器的工作原理是，参见图2，MEMS电容器在驻极体产生的电场作用下被极化，在电容器C1和电容器C2的动极板上存在极化电荷分布，当微型振动传感器处于振动环境中时，动极板在加速度作用下产生偏移，当受到y方向的振动时，两个可变电容器极板遮盖的面积相反变化，从而引起两个电容器的差动变化；当受到x方向的振动时，可变电容器的极板之间的距离相反变化，从而引起电容的差动变化。从而使极板上的极化电荷在两个电容极板之间转移，电荷通过外电路形成电流。通过检测外电路负载上的电压就可得到差分电容变化，从而获得振动的大小。整个检测过程振动传感器将外部的振动能量转换为电信号信号输出，不需要外部提供电源。
本发明的优点1、该微型自供能振动传感器将振动机械能转换为反映振动量的电信号，不需要外部提供电源。
2、由于采用MEMS技术、微电子技术制作，其中驻极体也可采用利用微电子工艺制作的SiO2薄膜驻极体，二者具有很好的兼容性，集成度高、体积小。
3、MEMS可变电容器具有长寿命、结构稳定等优点，同时SiO2薄膜驻极体的衰减期很长，因而本微型自供能振动传感器具有寿命长的优点。
4、本微型自供能振动传感器采用叉指差分电容器作为拾振元件，动极板的质量块以及叉指组平行于基板振动，与声压方向垂直，故声压不会对差分电容的差值产生影响。因而检测值不受声压的影响，能很好地检测振动。
因此，本发明是一种高集成度、长寿命、体积小、无需外部供电、不受声压影响的微型自供能振动传感器，可以应用于电动车、摩托车、汽车等车辆防盗报警的装置相配套使用的振动传感装置以及其他振动检测领域，具有极为广泛的用途。
图1是现有的驻极体薄膜振动传感器的原理2本微型自供能振动传感器的工作原理3是本微型自供能振动传感器结构示意图(不含处理电路部分)图4是本微型自供能振动传感器的轴侧图。
具体实施例方式
以下结合附图对本发明的技术方案中进一步说明图中1为驻极体、2为动极板、3为MEMS可变电容器、4为左定极板、5为处理电路、6为右定极板、7为左定极板基板、8为左定极板叉指组、9为动极板左叉指组、10为悬臂梁、11为质量块、12为右定极板叉指组、13为动极板右叉指组、14为右定极板基板、15为右定极板引出电极、16为动极板基板、17为左定极板引出电极。
动极板2由四个悬臂梁10、质量块11、动极板左叉指组9、动极板右叉指组13、动极板基板16构成。
结合图2、图3、图4，微型自供能振动传感器主要包括驻极体1、动极板2和左、右定极板4、6构成的MEMS可变电容器3、处理电路5等。动极板2与左、右定极板4、6是利用MEMS技术在同一个芯片上加工而成。动极板2具有动极板基板16，动极板基板16通过四根悬臂梁10将质量块11支撑起来，质量块11两侧分布有动极板左、右叉指组9、13。左定极板4由左定极板基板7、左定极板叉指组8、左定极板引出电极17构成。右定极板6由右定极板基板14、右定极板叉指组12、右定极板引出电极15构成。左、右定极板4、6上设置的左、右定极板叉指组8、12分别与质量块11两侧分布的动极板左、右叉指组9、13相对，形成两个可变电容器，引出的左、右定极板引出电极15、17连接到处理电路5。驻极体1采用SiO2薄膜驻极体，黏贴在动极板的质量块11上，或直接在动极板的质量块上加工而成，其单面电极通过引线连接到处理电路。
处理电路参见图2，它是一个整流滤波电路，定极板上的电荷转移产生电流，电流经左、右定极板引出电极15、17进入处理电路5，经整流成直流并滤波输出。
权利要求
1.自供能微型振动传感器，其特征在于它由MEMS可变电容器、驻极体和处理电路构成；MEMS可变电容器由一个动极板和两个定极板构成；动极板由悬臂梁、质量块以及在质量块两侧形成的两组叉指组成；定极板上各有一组叉指，分别与动极板的两组叉指相对，形成两个可变电容；两定极板上分别有引出电极，经电极线连接处理电路；驻极体黏贴在动极板的质量块上或在质量块上直接加工形成，其单面电极引出到处理电路。
2.根据权利要求1所述的自供能微型振动传感器，其特征在于驻极体采用薄膜驻极体。
全文摘要
本发明涉及一种微型自供能振动传感器，主要包括MEMS可变电容器、驻极体和处理电路。其中，MEMS可变电容器由一个动极板和两个定极板所构成。动极板由悬臂梁、质量块以及在质量块两侧形成的两组叉指组成。定极板上各有一组叉指。动极板两组叉指分别与两个定极板上的叉指分别相对，形成两个可变电容。两个定极板上分别设有引出电极，动极板上设有动极板引出电极。上述电极经线路连接处理电路。本发明是一种高集成度、长寿命、体积小、无需外部供电、不受声压影响的微型自供能振动传感器，可以应用于电动车、摩托车、汽车等车辆防盗报警的装置相配套使用的振动传感装置以及其他振动检测领域，具有极为广泛的用途。
文档编号G08B13/02GK1651876SQ20051002042
公开日2005年8月10日 申请日期2005年2月26日 优先权日2005年2月26日
发明者温中泉, 温志渝 申请人:重庆大学