本發(fā)明涉及壓力傳感器，具體來說，涉及一種利用壓電原理測(cè)量壓力的壓力傳感器及其工作方法。
背景技術(shù)：
：在利用硅微加工技術(shù)實(shí)現(xiàn)的產(chǎn)品中，壓力傳感器是發(fā)展最早的一類。傳統(tǒng)的壓力傳感器有壓阻式，電容式，諧振式等，根據(jù)特點(diǎn)可應(yīng)用于不同場(chǎng)合。這些傳統(tǒng)傳感器的電阻存在溫漂，微小電容檢測(cè)難度大等缺點(diǎn)。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：技術(shù)問題：本發(fā)明需要解決的技術(shù)問題是，提供一種利用壓電原理測(cè)量壓力的壓力傳感器及其工作方法，結(jié)構(gòu)簡單，且利用壓電原理，實(shí)現(xiàn)將壓力量轉(zhuǎn)化為電學(xué)量進(jìn)行測(cè)量，易于實(shí)現(xiàn)。技術(shù)方案：為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明實(shí)施例采用的技術(shù)方案是：一種利用壓電原理測(cè)量壓力的壓力傳感器，包括襯底，可動(dòng)薄膜、下導(dǎo)體層、中導(dǎo)體層、懸臂梁和上導(dǎo)體層，其中，襯底的上部設(shè)有空腔，可動(dòng)薄膜固定連接在襯底的頂面，且可動(dòng)薄膜覆蓋在空腔上；懸臂梁固定連接在襯底的頂面，且懸臂梁位于空腔上方，下導(dǎo)體層固定連接在可動(dòng)薄膜上，中導(dǎo)體層固定連接在懸臂梁的底面，下導(dǎo)體層和中導(dǎo)體層相對(duì)，上導(dǎo)體層固定連接在懸臂梁的頂面。作為優(yōu)選例，所述的下導(dǎo)體層位于空腔的正上方。作為優(yōu)選例，所述的空腔的頂面為可動(dòng)薄膜。本發(fā)明實(shí)施例還提供一種壓力傳感器的工作方法，包括：當(dāng)外界壓力施加在傳感器表面時(shí)，可動(dòng)薄膜發(fā)生彎曲，懸臂梁與可動(dòng)薄膜的間距發(fā)生改變；然后在下導(dǎo)體層、中導(dǎo)體層上施加激勵(lì)電壓，產(chǎn)生的靜電引力使懸臂梁向下位移；在懸臂梁發(fā)生位移形變時(shí)，通過中導(dǎo)體層和上導(dǎo)體層測(cè)量感應(yīng)電壓；通過所述感應(yīng)電壓獲得外界壓力值。有益效果：與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，只有襯底，薄膜，壓電懸臂梁等組成部分利用壓電效應(yīng)的原理，在一些適合進(jìn)行電壓與電流測(cè)試的場(chǎng)合用起來及其方便。本傳感器提出一種新的傳感器結(jié)構(gòu)，利用壓電原理測(cè)量壓力的壓力傳感器及其工作方法，其結(jié)構(gòu)簡單，響應(yīng)速度快；且利用壓電原理，實(shí)現(xiàn)將壓力量轉(zhuǎn)化為電學(xué)量進(jìn)行測(cè)量，易于實(shí)現(xiàn)，也避免了傳統(tǒng)傳感器的電阻存在溫漂，微小電容檢測(cè)難度大等缺點(diǎn)。附圖說明圖1是本發(fā)明實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中有：襯底1、空腔101、可動(dòng)薄膜2、下導(dǎo)體層3、中導(dǎo)體層4、懸臂梁5、上導(dǎo)體層6。具體實(shí)施方式下面結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)的說明。如圖1所示，本發(fā)明實(shí)施例的利用壓電原理測(cè)量壓力的壓力傳感器，包括襯底1，可動(dòng)薄膜2、下導(dǎo)體層3、中導(dǎo)體層4、懸臂梁5和上導(dǎo)體層6。襯底1的上部設(shè)有空腔101，可動(dòng)薄膜2固定連接在襯底1的頂面，且可動(dòng)薄膜2覆蓋在空腔101上；懸臂梁5固定連接在襯底1的頂面，且懸臂梁5位于空腔101上方，下導(dǎo)體層3固定連接在可動(dòng)薄膜2上，中導(dǎo)體層4固定連接在懸臂梁5的底面，下導(dǎo)體層3和中導(dǎo)體層4相對(duì)，上導(dǎo)體層6固定連接在懸臂梁5的頂面。上述實(shí)施例的壓力傳感器工作時(shí)，當(dāng)外界壓力施加在傳感器表面時(shí)，可動(dòng)薄膜2發(fā)生彎曲，懸臂梁5與可動(dòng)薄膜2的間距發(fā)生改變；然后在下導(dǎo)體層3、中導(dǎo)體層4上施加激勵(lì)電壓，下導(dǎo)體層3和中導(dǎo)體層4之間產(chǎn)生的靜電引力，使懸臂梁5向下位移。在懸臂梁5發(fā)生位移形變時(shí)，通過中導(dǎo)體層4和上導(dǎo)體層6測(cè)量感應(yīng)電壓；通過所述感應(yīng)電壓獲得外界壓力值。上述工作過程中，在懸臂梁5發(fā)生位移形變的時(shí)候，懸臂梁5中會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電壓vout。懸臂梁5采用壓電材料制成。當(dāng)懸臂梁5發(fā)生位移的時(shí)候會(huì)有電壓產(chǎn)生。通過中間導(dǎo)體層4和上導(dǎo)體層6可以測(cè)量得到感應(yīng)電壓vout。感應(yīng)電壓vout的大小與懸臂梁5位移形變量有直接關(guān)系。懸臂梁5可以位移形變的大小由g。決定，g。受可動(dòng)薄膜2的形變控制，可動(dòng)薄膜2受外界壓力p控制。也就是說，感應(yīng)電壓vout與外界壓力p之間是一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系，如表1所示。表1感應(yīng)電壓vout外界壓力pvout1p1vout2p2……這樣，只要測(cè)出懸臂梁5發(fā)生形變時(shí)的感應(yīng)電壓vout值，就可以通過表1測(cè)出外界壓力p，實(shí)現(xiàn)壓力測(cè)量的目的。作為優(yōu)選例，所述的下導(dǎo)體層3位于空腔101的正上方。所述的空腔101的頂面為可動(dòng)薄膜2。當(dāng)外界壓力施加在空腔101正上方的可動(dòng)薄膜2上時(shí)，可動(dòng)薄膜2發(fā)生形變。當(dāng)下導(dǎo)體層3位于空腔101的正上方時(shí)，其位移量最大，能夠更加精準(zhǔn)的測(cè)量外界壓力。本發(fā)明實(shí)施例的壓力傳感器采用襯底上的可動(dòng)薄膜2作為壓力敏感膜。本發(fā)明實(shí)施例的壓力傳感器中，懸臂梁5由壓電材料構(gòu)成，其上下各設(shè)有一層導(dǎo)體材料。本發(fā)明由于懸臂梁為壓電材料，所以當(dāng)懸臂梁發(fā)生形變時(shí)，其產(chǎn)生感應(yīng)電壓。本發(fā)明利用壓電原理對(duì)壓力進(jìn)行測(cè)量。這種測(cè)量方式重點(diǎn)是把對(duì)于壓力的測(cè)量轉(zhuǎn)換為對(duì)電壓的測(cè)量，操作方便，適合各種方便測(cè)量電壓的場(chǎng)合。以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理、主要特征和優(yōu)點(diǎn)。本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本發(fā)明不受上述具體實(shí)施例的限制，上述具體實(shí)施例和說明書中的描述只是為了進(jìn)一步說明本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，本發(fā)明還會(huì)有各種變化和改進(jìn)，這些變化和改進(jìn)都落入要求保護(hù)的本發(fā)明范圍內(nèi)。本發(fā)明要求保護(hù)的范圍由權(quán)利要求書及其等效物界定。技術(shù)特征：技術(shù)總結(jié)本發(fā)明公開了一種利用壓電原理測(cè)量壓力的壓力傳感器及其工作方法，結(jié)構(gòu)簡單，且利用壓電原理，實(shí)現(xiàn)將壓力量轉(zhuǎn)化為電學(xué)量進(jìn)行測(cè)量，易于實(shí)現(xiàn)。本發(fā)明的壓力傳感器包括襯底，可動(dòng)薄膜、下導(dǎo)體層、中導(dǎo)體層、懸臂梁和上導(dǎo)體層，其中，襯底的上部設(shè)有空腔，可動(dòng)薄膜固定連接在襯底的頂面，且可動(dòng)薄膜覆蓋在空腔上；懸臂梁固定連接在襯底的頂面，且懸臂梁位于空腔上方，下導(dǎo)體層固定連接在可動(dòng)薄膜上，中導(dǎo)體層固定連接在懸臂梁的底面，下導(dǎo)體層和中導(dǎo)體層相對(duì)，上導(dǎo)體層固定連接在懸臂梁的頂面。技術(shù)研發(fā)人員：聶萌;夏云漢;楊恒山受保護(hù)的技術(shù)使用者：東南大學(xué)技術(shù)研發(fā)日：2017.06.01技術(shù)公布日：2017.08.11