石英晶振传感器

本申请涉及传感器，特别是涉及一种石英晶振传感器。

背景技术：

1、石英晶振由于具有能把电能和机械能相互转化的压电效应特性，可以用来测量温度、质量、频率、力等物理量，因此被广泛应用于电子类产品，如传感器等。

2、传统技术中的石英晶振传感器只能够测量单个维度的振动模态信号，即要么是测量横向振动模态信号，要么是测量法向振动模态信号，而在例如摩擦系数的测量过程中，既需要测量横向摩擦力模态信号，又需要测量法向压力模态信号，因此，传统技术中的石英晶振传感器无法测量多个维度的振动模态信号，从而适用场景受到了极大的限制。

技术实现思路

1、基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种能够测量多个维度的振动模态信号从而适用于多场景的石英晶振传感器。

2、第一方面，本申请提供了一种石英晶振传感器。所述石英晶振传感器包括振动激励装置、石英晶振装置和检测电路，石英晶振装置与振动激励装置和检测电路分别连接；其中，振动激励装置，用于在激励信号的激励下，产生横向振动和法向振动；石英晶振装置，包括第一电极、第二电极、晶片和探针，第一电极、第二电极以及探针均与晶片连接，探针，用于在振动激励装置的带动下进行横向振动和法向振动，并在横向振动和法向振动的过程中接触待测对象以产生横向力和法向力，第一电极，用于在晶片在横向力的作用下产生形变时输出第一电信号，第二电极，用于在晶片在法向力的作用下产生形变时输出第二电信号；检测电路，用于根据第一电信号和第二电信号输出对横向力和法向力的检测信号。

3、在其中一个实施例中，晶片为长方体状或立方体状；石英晶振装置包括与晶片的4个侧面一一对应的4个第二电极，各第二电极与对应的晶片的侧面连接；石英晶振装置包括与晶片的4个棱一一对应的4个第一电极，各第一电极与对应的棱两侧的晶片的两个侧面连接。

4、在其中一个实施例中，振动激励装置包括激励电极、剪切陶瓷片和法向陶瓷片，激励电极、剪切陶瓷片和法向陶瓷片叠层设置；激励电极，用于接收激励信号；剪切陶瓷片，用于在激励信号的激励下产生横向振动；法向陶瓷片，用于在激励信号的激励下产生法向振动。

5、在其中一个实施例中，激励电极包括第一激励电极、第二激励电极和接地电极；第一激励电极，用于将第一电极和第二电极输出的电信号作为第一激励信号进行接收；第二激励电极，用于接收外设的锁相放大器输出的第二激励信号；接地电极，用于接地。

6、在其中一个实施例中，振动激励装置还包括第一蓝宝石片、第二蓝宝石片和第三蓝宝石片，剪切陶瓷片包括第一剪切陶瓷片和第二剪切陶瓷片，法向陶瓷片包括第一法向陶瓷片和第二法向陶瓷片，第一激励电极包括第一子激励电极和第二子激励电极，第二激励电极包括第三子激励电极和第四子激励电极，接地电极包括第一接地电极和第二接地电极；第一蓝宝石片、第一子激励电极、第一剪切陶瓷片、第一接地电极、第二剪切陶瓷片、第三子激励电极、第二蓝宝石片、第二子激励电极、第一法向陶瓷片、第二接地电极、第二法向陶瓷片、第四子激励电极和第三蓝宝石片叠层设置。

7、在其中一个实施例中，石英晶振传感器还包括放大电路，放大电路的输入端与第一电极和第二电极分别连接；放大电路的输出端与第一激励电极连接。

8、在其中一个实施例中，放大电路包括跨组放大电路、增益电路和移相电路；跨组放大电路的输入端与第一电极和第二电极分别连接，跨组放大电路的输出端与增益电路的输入端连接，增益电路的输出端与移相电路的输入端连接，移相电路的输出端与第一激励电极连接；其中，跨组放大电路用于放大第一电信号和第二电信号，增益电路和移相电路分别用于调节第一电信号和第二电信号的幅值和相位。

9、在其中一个实施例中，跨组放大电路包括第一放大器、第一电阻和第二电阻；第一放大器的第一输入端与第一电阻连接并接地；第一放大器的第二输入端与第一电极和第二电极分别连接；第一放大器的输出端与增益电路的输入端连接；第二电阻连接于第一放大器的第二输入端和第一放大器的输出端之间。

10、在其中一个实施例中，增益电路包括第二放大器、第三电阻和第一滑动变阻器；第二放大器的第一输入端接地；第二放大器的第二输入端通过第三电阻与跨组放大电路的输出端连接；第二放大器的输出端与移相电路的输入端连接；第一滑动变阻器连接于第二放大器的第二输入端和第二放大器的输出端之间。

11、在其中一个实施例中，移相电路包括第三放大器、电容、第四电阻、第五电阻和第二滑动变阻器；第三放大器的第一输入端通过第二滑动变阻器与增益电路的输出端连接，且，第三放大器的第一输入端与电容连接并接地；第三放大器的第二输入端通过第四电阻与增益电路的输出端连接，且，第三放大器的第二输入端通过第五电阻与第三放大器的输出端连接；第三放大器的输出端与第一激励电极连接。

12、在其中一个实施例中，石英晶振传感器还包括陶瓷凸台、陶瓷垫片、螺纹片和底座；石英晶振装置通过陶瓷凸台、陶瓷垫片和螺纹片与振动激励装置连接；底座与振动激励装置连接。

13、在其中一个实施例中，石英晶振传感器还包括样品台，用于放置待测对象；样品台设置于与探针间隔阈值距离位置处。

14、上述石英晶振传感器包括振动激励装置、石英晶振装置和检测电路，石英晶振装置与振动激励装置和检测电路分别连接，且，石英晶振装置包括第一电极、第二电极、晶片和探针，第一电极、第二电极以及探针均与晶片连接。其中，振动激励装置在激励信号的激励下，产生横向振动和法向振动，带动探针进行横向振动和法向振动，使得探针在横向振动和法向振动的过程中接触待测对象产生横向力和法向力，以使晶片在横向力的作用下产生形变时第一电极输出第一电信号，晶片在法向力的作用下产生形变时第二电极输出第二电信号，从而利用检测电路根据第一电信号和第二电信号输出对横向力和法向力的检测信号，即就是输出横向振动模态信号和法向振动模态信号，实现了测量多个维度的振动模态信号的目的，从而本申请中的石英晶振传感器能够适用于多场景。

技术特征：

1.一种石英晶振传感器，其特征在于，所述石英晶振传感器包括振动激励装置、石英晶振装置和检测电路，所述石英晶振装置与所述振动激励装置和所述检测电路分别连接；

2.根据权利要求1所述的石英晶振传感器，其特征在于，所述晶片为长方体状或立方体状；

3.根据权利要求1所述的石英晶振传感器，其特征在于，所述振动激励装置包括激励电极、剪切陶瓷片和法向陶瓷片，所述激励电极、所述剪切陶瓷片和所述法向陶瓷片叠层设置；

4.根据权利要求3所述的石英晶振传感器，其特征在于，所述激励电极包括第一激励电极、第二激励电极和接地电极；

5.根据权利要求4所述的石英晶振传感器，其特征在于，所述振动激励装置还包括第一蓝宝石片、第二蓝宝石片和第三蓝宝石片，所述剪切陶瓷片包括第一剪切陶瓷片和第二剪切陶瓷片，所述法向陶瓷片包括第一法向陶瓷片和第二法向陶瓷片，所述第一激励电极包括第一子激励电极和第二子激励电极，所述第二激励电极包括第三子激励电极和第四子激励电极，接地电极包括第一接地电极和第二接地电极；

6.根据权利要求4所述的石英晶振传感器，其特征在于，所述石英晶振传感器还包括放大电路，所述放大电路的输入端与所述第一电极和所述第二电极分别连接；所述放大电路的输出端与所述第一激励电极连接。

7.根据权利要求6所述的石英晶振传感器，其特征在于，所述放大电路包括跨组放大电路、增益电路和移相电路；所述跨组放大电路的输入端与所述第一电极和所述第二电极分别连接，所述跨组放大电路的输出端与所述增益电路的输入端连接，所述增益电路的输出端与所述移相电路的输入端连接，所述移相电路的输出端与所述第一激励电极连接；

8.根据权利要求7所述的石英晶振传感器，其特征在于，所述跨组放大电路包括第一放大器、第一电阻和第二电阻；

9.根据权利要求7所述的石英晶振传感器，其特征在于，所述增益电路包括第二放大器、第三电阻和第一滑动变阻器；

10.根据权利要求7所述的石英晶振传感器，其特征在于，所述移相电路包括第三放大器、电容、第四电阻、第五电阻和第二滑动变阻器；

11.根据权利要求1所述的石英晶振传感器，其特征在于，所述石英晶振传感器还包括陶瓷凸台、陶瓷垫片、螺纹片和底座；

12.根据权利要求1所述的石英晶振传感器，其特征在于，所述石英晶振传感器还包括样品台，用于放置所述待测对象；

技术总结
本申请涉及一种石英晶振传感器。所述石英晶振传感器包括振动激励装置、石英晶振装置和检测电路，其中，振动激励装置用于在激励信号的激励下，产生横向振动和法向振动；石英晶振装置包括第一电极、第二电极、晶片和探针，探针用于在振动激励装置的带动下进行横向振动和法向振动，并在横向振动和法向振动的过程中接触待测对象以产生横向力和法向力，第一电极用于在晶片在横向力的作用下产生形变时输出第一电信号，第二电极用于在晶片在法向力的作用下产生形变时输出第二电信号；检测电路用于根据第一电信号和第二电信号输出对横向力和法向力的检测信号。本申请中的石英晶振传感器能够测量多个维度的振动模态信号，适用于多场景。

技术研发人员：熊俊杰,谭新峰,郭丹,雒建斌
受保护的技术使用者：清华大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14