一种基于悬臂梁振动的加速度传感器的制作方法

本发明涉及加速度探测领域，具体涉及一种基于悬臂梁振动的加速度传感器。

背景技术：

加速度传感器是一种能够测量加速度的传感器。常见的加速度传感器由质量块、阻尼器、弹性元件、敏感元件和失调电路等部分组成。传感器在加速过程中，通过对质量块所受惯性力的测量，利用牛顿第二定律获得加速度。传统的加速度传感器有电容式、电感式、应变式、压阻式、压电式等，传统加速度传感器灵敏度低。

近年来，研究者设计了多种基于光栅光纤的加速度传感器。在测量加速度时，质量块压迫光栅光纤，从而改变光栅光纤的周期，改变其共振波长，通过共振波长的变化实现加速度探测。虽然基于光栅光纤的加速度传感器的灵敏度较高，但是这些设计中，需要用到连续谱光源、光谱仪、光子探测器，系统设备体积大、贵重。

技术实现要素：

为解决以上问题，本发明提供了一种基于悬臂梁振动的加速度传感器，该传感器包括振源、底座、悬臂梁、质量块，底座固定在振源上，悬臂梁的一端固定在底座上，质量块固定在悬臂梁的另一端；工作时，悬臂梁在振源作用下发生振动，在加速度的作用下，质量块压缩悬臂梁，改变悬臂梁中的应力，从而改变悬臂梁的共振频率，通过检测悬臂梁共振的频率实现加速度探测。

更进一步地，振源为压电晶振片，悬臂梁为半导体材料或金刚石。

更进一步地，质量块为压电材料。

更进一步地，压电材料为锆钛酸铅或聚偏二氟乙烯材料。

更进一步地，还包括底部块，底部块为压电材料，底部块固定在底座上，悬臂梁固定在底部块上。

更进一步地，质量块与底部块的材料相同。

更进一步地，悬臂梁的截面积小于底部块的表面积。

更进一步地，在底部块的表面还设有附加块。

更进一步地，附加块与悬臂梁不接触。

本发明的有益效果：本发明提供了一种基于悬臂梁振动的加速度传感器，在悬臂梁一端设置质量块。在探测加速度时，质量块压缩悬臂梁，改变悬臂梁中的应力，从而改变悬臂梁的共振频率，通过检测悬臂梁的共振频率实现加速度探测。由于悬臂梁的共振频率对施加在其中的应力非常敏感，所以本发明的加速度传感灵敏度高。另外，本发明可以采用不同材料的悬臂梁及不同质量的质量块以实现不同量程的高灵敏度加速度传感，在加速度传感领域具有良好的应用前景。

以下将结合附图对本发明做进一步详细说明。

附图说明

图1是基于悬臂梁振动的加速度传感器的示意图。

图2是又一种基于悬臂梁振动的加速度传感器的示意图。

图3是再一种基于悬臂梁振动的加速度传感器的示意图。

图中：1、底座；2、悬臂梁；3、质量块；4、底部块；5、附加块。

具体实施方式

为进一步阐述本发明达成预定目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及实施例对本发明的具体实施方式、结构特征及其功效，详细说明如下。

实施例1

本发明提供了一种基于悬臂梁振动的加速度传感器，该加速度传感器包括振源、底座1、悬臂梁2、质量块3。振源为压电晶振片。底座1固定在振源上。如图1所示，悬臂梁2的一端固定在底座1，质量块3固定在悬臂梁2的另一端。悬臂梁2为半导体材料或金刚石。工作时，悬臂梁2在振源作用下发生振动，在加速度的作用下，质量块3压缩悬臂梁2，改变悬臂梁2中的应力，从而改变悬臂梁2的共振频率，通过检测悬臂梁2共振的频率实现加速度探测。由于悬臂梁2的共振频率对施加在其中的应力非常敏感，所以本发明的加速度传感灵敏度高。另外，本发明可以采用不同材料的悬臂梁2及不同质量的质量块3以实现不同量程的高灵敏度加速度传感，在加速度传感领域具有良好的应用前景。

实施例2

在实施例1的基础上，质量块3为压电材料。更进一步地，质量块为锆钛酸铅或聚偏二氟乙烯材料。当质量块3为压电材料，测量加速度时，由于质量块3与悬臂梁2的相互作用，悬臂梁2也会压迫质量块3，从而在质量块3上下两侧产生异号电荷，这些电荷将与悬臂梁2中的电荷耦合，产生吸附作用，从而有利于质量块3与悬臂梁2的结合，提高系统结构上的稳定性。

实施例3

在实施例2的基础上，如图2所示，该加速度传感器还包括底部块4，底部块4为压电材料，底部块4固定在底座1上，悬臂梁2固定在底部块4上。质量块3与底部块4的材料相同。在测量加速度时，底部块4也受到悬臂梁2的压力，从而在底部块4两侧产生电荷，底部块4上表面的电荷与质量块3下表面的电荷相互吸引，增加了施加在悬臂梁2上的应力，更多地改变了悬臂梁2的共振频率，从而实现灵敏度更高的加速度探测。

实施例4

在实施例3的基础上，如图3所示，悬臂梁2的截面积小于底部块4的表面积。在底部块4的表面还设有附加块5。附加块5与悬臂梁2不接触。底部块4的表面积大于悬臂梁2的截面积，这样一来系统更稳定。在底部块4的上表面设置附加块5，当系统加速时，作用在底部块4上的力更大，在底部块4的上下两表面产生的电荷更多，在底部块4和质量块3之间产生更多的吸引力，从而更多地增加悬臂梁2中的应力，更多地改变悬臂梁2的共振频率，从而实现更高灵敏度的加速度测量。更进一步地，附加块5选择密度较高的金属。附加块5的密度高，则有利于给底部块4施加更多的作用力；附加块5是金属的，根据电荷间的感应，在附加块5的顶部将聚集电荷，这些电荷与质量块3的距离短，作用力就更大，如前所述，有利于提高加速度探测灵敏度。另外，附加块5不与悬臂梁2接触，则不会由于附加块5的接触，而影响悬臂梁2的共振频率，减小了结果误差。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

技术特征：

1.一种基于悬臂梁振动的加速度传感器，其特征在于，包括：振源、底座、悬臂梁、质量块，所述底座固定在所述振源上，所述悬臂梁的一端固定在所述底座上，所述质量块固定在所述悬臂梁的另一端；工作时，所述悬臂梁在所述振源作用下发生振动，在加速度的作用下，所述质量块压缩所述悬臂梁，改变所述悬臂梁中的应力，从而改变所述悬臂梁的共振频率，通过检测所述悬臂梁共振的频率实现加速度探测。

2.如权利要求1所述的基于悬臂梁振动的加速度传感器，其特征在于：所述振源为压电晶振片，所述悬臂梁为半导体材料或金刚石。

3.如权利要求2所述的基于悬臂梁振动的加速度传感器，其特征在于：所述质量块为压电材料。

4.如权利要求3所述的基于悬臂梁振动的加速度传感器，其特征在于：所述压电材料为锆钛酸铅或聚偏二氟乙烯材料。

5.如权利要求1-4任一项所述的基于悬臂梁振动的加速度传感器，其特征在于：还包括底部块，所述底部块为压电材料，所述底部块固定在所述底座上，所述悬臂梁固定在所述底部块上。

6.如权利要求5所述的基于悬臂梁振动的加速度传感器，其特征在于：所述质量块与所述底部块的材料相同。

7.如权利要求6所述的基于悬臂梁振动的加速度传感器，其特征在于：所述悬臂梁的截面积小于所述底部块的表面积。

8.如权利要求7所述的基于悬臂梁振动的加速度传感器，其特征在于：在所述底部块的表面还设有附加块。

9.如权利要求8所述的基于悬臂梁振动的加速度传感器，其特征在于：所述附加块与所述悬臂梁不接触。

技术总结
本发明提供了一种基于悬臂梁振动的加速度传感器，在悬臂梁一端设置质量块。在探测加速度时，质量块压缩悬臂梁，改变悬臂梁中的应力，从而改变悬臂梁的共振频率，通过检测悬臂梁的共振频率实现加速度探测。由于悬臂梁的共振频率对施加在其中的应力非常敏感，所以本发明的加速度传感灵敏度高。另外，本发明可以采用不同材料的悬臂梁及不同质量的质量块以实现不同量程的高灵敏度加速度传感，在加速度传感领域具有良好的应用前景。

技术研发人员：不公告发明人
受保护的技术使用者：中山科立特光电科技有限公司
技术研发日：2020.05.21
技术公布日：2020.08.21