專利名稱：傳感器部件和顆粒傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及傳感器部件和具有傳感器部件的顆粒傳感器。傳感器部件包括檢測流體中的顆粒的壓電膜。
當作為液體或氣體的流體包含固體顆粒時，有時需要檢測存在的顆粒。特別是當流體中不希望存在顆粒、存在的顆粒對流體的性能造成妨礙時，檢測顆粒就變得非常重要。
例如，內(nèi)燃機如汽車發(fā)動機或重型機械的發(fā)動機使用汽油或粗柴油作為其動力源。這些內(nèi)燃機利用潤滑劑來減小發(fā)動機等的旋轉(zhuǎn)表面或滑動表面上或諸如此類的摩擦拖刮或磨損。在內(nèi)燃機中，諸如磨損產(chǎn)生的金屬末那樣的顆?？赡芘c潤滑劑相混合，因此加速了旋轉(zhuǎn)表面或滑動表面的磨損。潤滑劑中的顆粒一般是通過過濾器如油過濾器去除的。通過檢測潤滑劑中的顆?？梢愿敿毜乇O(jiān)視潤滑劑的狀態(tài)。
本發(fā)明的應用不限于內(nèi)燃機。液壓流體用于機械中傳輸裝置中的動力，如液壓傳動、液壓致動器、液壓伺服系統(tǒng)等。控制流體的狀態(tài)是非常重要的，它包括控制流體中的顆粒和/或流體的粘度等。
對于監(jiān)視空氣污染的程度來說，懸浮顆粒的存在和濃度也是非常重要的。例如，監(jiān)視從工廠排放的煙霧中的懸浮顆粒是非常重要的。應注意的是流體可以是氣體或液體，并且這些介質(zhì)不必流動。
用于檢測流體中的顆粒的一種常規(guī)的方法是設置一對離開一定間隔的電極，并且監(jiān)視電極之間的電阻。利用這一方法檢測金屬顆粒，因為當金屬顆粒與兩個電極接觸時，電極之間的電阻下降。然而，該方法不能檢測小于電極之間間隔的顆粒，也不能檢測電絕緣的顆粒。
在另一種方法中，通過電磁鐵等在檢測單元中產(chǎn)生一個磁場，以便檢測諸如積累的金屬顆粒那樣的顆粒的量。然而，這一方法不能檢測不具有鐵磁性的顆粒，因此其精度受到了限制。
在第三種方法中，流體中的顆粒的量與光的透射率有關(guān)，以便檢測流體中的顆粒的量。然而，流體的透射率不總是恒定的；流體品質(zhì)下降將改變光的透射率；并且入射光透過的窗口或被檢測光透過的窗口上的灰塵對誤差有極大的影響。這些因素限制了傳感器的使用壽命。
本發(fā)明旨在解決上述問題，并提供一種具有極佳的檢測精度和使用壽命、成本低的傳感器部件和顆粒傳感器。
本發(fā)明的一個方面提供了一種檢測流體中無關(guān)的固體顆粒的傳感器部件，傳感器部件包括具有足夠小的質(zhì)量的振動部分，用于對與固體顆粒的碰撞作出響應，以及包括用于將振動部分的振動轉(zhuǎn)變成電信號的設備，以便檢測該振動。
根據(jù)本發(fā)明，該設備最好具有至少一個用于轉(zhuǎn)變的裝置，該裝置是從包括以下裝置的組中選擇出來的壓電裝置，電磁感應裝置，電容改變裝置，將光發(fā)射到所述振動部分、并檢測接收光的部分的光變化的裝置，以及將由于半導體中的應力引起的電阻的改變轉(zhuǎn)變成電信號的裝置。
本發(fā)明的另一個方面提供了一種傳感器部件，包括檢測單元，包括基本由第一陶瓷材料構(gòu)成的壓電膜，涂覆在壓電膜的外表面的至少一部分上的第一電極，和涂覆在壓電膜的內(nèi)表面的至少一部分上的第二電極；基本由第二陶瓷材料構(gòu)成的振動部分，檢測單元位于振動部分上，因此第二電極涂覆在振動部分的至少一部分上；以及用于固定振動部分的固定部分，因此振動部分能夠振動；其中當流體中的固體顆粒撞擊檢測單元和/或振動部分時，振動部分振動，并且所述壓電膜將振動轉(zhuǎn)變成電信號。
振動部分和固定部分可以是具有單片結(jié)構(gòu)的陶瓷襯底部分，并且所述陶瓷襯底最好形成有諧振腔，因此所述振動部分具有厚度很小的片形。
第一陶瓷材料最好包括至少從以下組中選出的一種物質(zhì)，該組包括鋯酸鉛、鈮酸鉛鎂、鈮酸鉛鎳、鈮酸鉛鋅、鈮酸鉛錳、錫酸鉛銻、鈦酸鉛、鎢酸鉛鎂、鈮酸鉛鈷和鈦酸鋇。流體最好是一種油，如潤滑油和液壓油。壓電膜的厚度范圍最好是從1至100微米，振動部分的厚度范圍最好是從1至100微米。
振動部分最好包括穩(wěn)定的氧化鋯。
本發(fā)明的第三方面提供了一種顆粒傳感器，包括(a)一個傳感器部件，包括檢測單元，包括基本由第一陶瓷材料構(gòu)成的壓電膜，涂覆在壓電膜的外表面的至少一部分上的第一電極，和涂覆在壓電膜的內(nèi)表面的至少一部分上的第二電極；基本由第二陶瓷材料構(gòu)成的振動部分，檢測單元位于振動部分上，因此第二電極涂覆在振動部分的至少一部分上；以及用于固定振動部分的固定部分，因此振動部分能夠振動；其中當流體中的固體顆粒撞擊檢測單元和/或振動部分時，振動部分振動，并且所述壓電膜將振動轉(zhuǎn)變成電信號；以及(b)覆蓋檢測單元的保護蓋。
本發(fā)明的第四方面提供了一種檢測流體中的固體顆粒的方法，其中傳感器部件相對于被檢驗的流體運動，因此使得被檢驗的流體中無關(guān)的固體顆粒與振動部分碰撞。
在本發(fā)明的傳感器部件中，當流體中的固體顆粒與檢測單元或振動部分接觸時，檢測單元或振動部分振動。檢測單元的壓電膜將振動轉(zhuǎn)變成電信號，并且壓電膜之間的電極輸出電信號。具有傳感器部件的顆粒傳感器借助來自這些電極的輸出檢測顆粒。應注意的是顆粒與檢測單元或振動部分接觸包括顆粒與檢測單元或振動部分碰撞。本發(fā)明的傳感器部件可以通過自激測量流體的粘度。


圖1是本發(fā)明的傳感器部件的剖視圖，即沿圖3的A-A線剖開的視圖；圖2是本發(fā)明的傳感器部件的一個例子的透視圖。
圖3是本發(fā)明的傳感器部件的一個例子的頂視圖。
圖4是本發(fā)明的顆粒傳感器的剖視圖。
圖5是本發(fā)明的傳感器部件的剖視圖。
圖6是傳感器部件的一個實施例。圖6(a)是本發(fā)明的傳感器部件的一個例子的頂視圖。圖6(b)是沿B-B線的剖視圖。
圖1是本發(fā)明的傳感器部件10的剖視圖。圖2是圖1的傳感器部件10的透視圖，為了說明方便起見，壓電膜22的一部分和上電極24的一部分略去了。圖3是圖1的傳感器部件10的頂視圖。
傳感器部件10具有位于振動部分14上的襯底12和檢測單元20。襯底12具有單片結(jié)構(gòu)。振動部分14和固定部分16是襯底12的一部分。檢測單元20位于振動部分14的上側(cè)。固定部分16位于振動部分14的下側(cè)，以便包圍振動部分14。然而，振動部分和固定部分是襯底的一部分在本發(fā)明中并不是必須的。例如，金屬固定部分可以固定一個由陶瓷制成的獨立的振動部分。當固定部分由金屬制成時，將與固定部分連接的振動部分的表面可以是金屬化的，因此金屬化的層可以通過焊接結(jié)合到固定部分上。另外，通過固定部分可以使振動部分保持受壓。諸如不銹鋼或鐵那樣的金屬可用作固定部分。
在本發(fā)明中，不必像圖1所示那樣由固定部分支撐振動部分的整個周圍。如圖6(a)和圖6(b)所示，可以采用所謂的懸臂結(jié)構(gòu)通過固定部分76支撐振動部分74的周圍的僅一端。通過固定部分支撐一部分振動部分或振動部分的至少一部分周圍是可能的。
襯底12形成有閉合的諧振腔18，因此所述振動部分14具有薄片或薄膜的形狀。檢測單元20的所放位置對應于閉合諧振器18的位置。然而本發(fā)明不限于閉合諧振腔。例如可以從襯底12的表面12t將諧振腔壓到振動部分14。
當傳感器部件10檢測到顆粒時，振動部分14帶著檢測單元20垂直振動，即向著檢測單元20或向著諧振腔18的方向振動。最好振動部分14具有片的形狀，因為這一形狀適于振動。在這種情況下，片的厚度的優(yōu)選范圍是1-100μm，3-50μm較好，最好是5-20μm。片較厚使得靈敏度下降，而厚度較薄使得機械強度下降。
振動部分14最好由耐高溫的材料制成，以便防止振動部分由于熱引起性能惡化。這是因為檢測單元20可能直接放到振動部分14上，中間沒有任何材料(例如不耐高溫的有機粘合劑)。在這種情況下，當形成壓電膜22時，振動部分14也不應被損壞。當傳感器部件用于如油那樣的潤滑劑中時，有時振動部分與包含在潤滑劑中的有機溶劑接觸，或潤滑劑變成酸性或堿性。因此振動部分最好由化學性能穩(wěn)定的材料制成。
振動部分14最好由電絕緣體制成，因為覆蓋至少一部分振動部分14的第二電極、與第一電極和第二電極相連的引線、引線端子和類似部分全部是導電的。因此，振動部分14可以由具有良好的高溫特性的金屬制成，它的外面用陶瓷例如玻璃覆蓋。最好振動部分14由陶瓷制成。例如，穩(wěn)定的氧化鋯、氧化鋁、氧化鎂、富鋁紅柱石、氮化鋁、氮化硅、玻璃或類似材料可適用于振動部分。優(yōu)選穩(wěn)定的氧化鋯，因為即使振動部分薄，它也有很高的機械強度和很高的韌性，并與壓電膜和電極等不易發(fā)生化學反應。
穩(wěn)定的氧化鋯包括穩(wěn)定的二氧化鋯和部分穩(wěn)定的二氧化鋯。穩(wěn)定的氧化鋯不經(jīng)歷相變，因為它具有晶體結(jié)構(gòu)，例如立方晶系。另一方面，氧化鋯在大約1000℃下在單斜晶系結(jié)構(gòu)和四方晶結(jié)構(gòu)之間經(jīng)歷相變。這一相變將產(chǎn)生裂痕。穩(wěn)定的氧化鋯包括1-30mol％的氧化鈣、氧化鎂、氧化釔、氧化鈧、氧化鐿、氧化鈰或諸如稀土金屬氧化物那樣的穩(wěn)定劑。穩(wěn)定劑最好包括氧化釔，以便增強振動部分的機械強度。包含在穩(wěn)定劑中的氧化釔的量最好為1.5-6mol％，2-4mol％則更好。此外，主晶相可屬于四方晶系或四方晶系和立方晶系的混合。
構(gòu)成振動部分14的陶瓷最好包括0.5-5wt％的氧化硅，1-3wt％則更好，因為氧化硅防止了通過熱處理形成檢測單元20時振動部分14和檢測單元20之間的過度反應。
當振動部分14由陶瓷制成時，它由許多晶粒構(gòu)成。晶粒的平均直徑最好是0.05-2μm，0.1-1μm則更好。
固定部分16固定至少一部分振動部分14，或振動部分14的至少一部分周圍。在圖1所示的方式下，固定部分16最好由陶瓷制成。固定部分16的陶瓷材料可以與振動部分的相同，或可以不同。穩(wěn)定的氧化鋯、富鋁紅柱石、氧化鋁、氧化鎂、氮化鋁、氮化硅、玻璃或類似材料不僅適用于振動部分14，而且適用于構(gòu)成固定部分的陶瓷。
閉合諧振器18的形狀不受限制。諧振腔的水平或垂直截面可以是例如圓形、橢圓形、包括矩形和三角形的多邊形，將這些形狀中的某些形狀結(jié)合在一起。然而，當形狀是多邊形或類似形狀時，最好將角倒圓，以便去除尖銳的邊緣。
檢測單元20包括壓電膜22，覆蓋壓電膜22的至少一部分外表面22s的第一電極24，以及覆蓋壓電膜22的至少一部分內(nèi)表面22t的第二電極26。第二電極26覆蓋振動部分14的至少一部分外表面14s。
壓電膜22微觀產(chǎn)生絕緣極化并宏觀輸出對應壓力的電信號，例如電荷或電壓。在這種情況下，壓電膜最好在厚度方向產(chǎn)生彎曲位移。當顆粒與第一電極和/或振動部分接觸時，壓電膜22隨著振動部分14振動。這種振動對壓電膜22產(chǎn)生了壓力。
壓電膜的厚度的優(yōu)選范圍是1-100μm，5-50μm較好，最好是5-30μm。較厚的厚度使得靈敏度下降，而厚度較薄使得可靠性下降。
壓電陶瓷可適用于壓電膜。壓電膜可以是具有電致伸縮現(xiàn)象的陶瓷，也可以是具有鐵電現(xiàn)象的陶瓷。此外，需要極化處理的材料和不需要極化處理的材料都可用來達到目的。
用于壓電膜的陶瓷可以包括例如鋯酸鉛、鈮酸鉛鎂、鈮酸鉛鎳、鈮酸鉛鋅、鈮酸鉛錳、錫酸鉛銻、鈦酸鉛、鈦酸鋇，或它們的一種組合。陶瓷可以包含不小于50wt％的這些化合物中的一種化合物作為主要成分?？梢詢?yōu)選采用包含鋯酸鉛的陶瓷。此外，鑭、鈣、鍶、鉬、鎢、鋇、鈮、鋅、鎳、錳等的氧化物；它們的一種組合；或其它化合物可適用于添加到上述陶瓷中。例如，最好采用包含鈮酸鉛鎂、鋯酸鉛和鈦酸鉛中的一種成分作為主要成分，并且進一步包含鑭和鍶的陶瓷。
壓電膜可以是致密的或疏松的。當壓電膜是疏松的時，孔隙率最好是40％或40％以下。
壓電膜可以包括一層或者可以是包括至少兩層的疊層膜。當壓電膜是一疊層膜時，每一層可以是水平放置或者是垂直放置。
還可以將檢測單元不僅放在振動部分的一側(cè)，而且也可以放在振動部分的兩側(cè)。
在圖3中，第一電極24和第二電極26通過引線28和引線30將來自壓電膜22的電信號輸出至端片32和端片34。第一電極24通過連接部分25與引線28相連。連接部分25與壓電膜22接觸，并且不與第二電極26和引線30接觸。應注意的是，可以通過形成薄膜的方法同時形成第二電極26、引線28、引線30、端片32和端片34，這將在以后說明。
第一電極和第二電極中的每一個由它的用途決定，具有適當?shù)暮穸?。然而，最好?.1-50μm。
最好第一電極在室溫下固化，并由導電金屬構(gòu)成。例如，可以采用鋁、鈦、鉻、鐵、鈷、鎳、銅、鋅、鈮、鉬、釕、銠、銀、錫、鉭、鎢、銥、鉑、金、鉛等金屬；或者它們的一種合金。不用說，第一電極可包含以任何組合形式出現(xiàn)的這些元素。屬于鉑族如鉑、銠、鈀的一種金屬，或包含這些金屬的一種合金，如銀—鉑或鉑—鈀，適合用作電極材料的主要成分。最好是用銅、銀和金，因為它們非常耐用。
第二電極最好由一種簡單的物質(zhì)構(gòu)成，該物質(zhì)包含具有高熔點的金屬，如鉑、釕、銠、鈀、銥、鈦、鉻、鉬、鉭、鎢、鎳、鈷；或它們的一種合金。不用說，第二電極可包含以任何組合形式出現(xiàn)的具有高熔點的這些金屬。屬于鉑族如鉑、銠、鈀的一種金屬，或包含這些金屬的一種合金，如銀—鉑或鉑—鈀，適合用作電極材料的主要成分。最好用在高溫下抗氧化氣氛的一種金屬作為第二電極，因為在壓電膜的熱處理期間，第二電極有時要暴露在高溫下。
適合用作第二電極的材料可以是包含具有高熔點的一種金屬的金屬陶瓷和陶瓷，如氧化鋁、氧化鋯、氧化硅或玻璃。
襯底的形狀不作特別的限制，而是根據(jù)其用途進行選擇。襯底的形狀最好是平的。然而，它也可以是圓柱形或桶形的。
圖4是包括傳感器部件10的顆粒傳感器40的剖視圖。傳感器部件10可以通過螺絲部分41固定到壁(未示出)上，從而位于檢測單元20上的端部10a從壁中突出，并與將檢測的流體接觸。
螺絲部分41與外套42相連。另外，螺絲部分41和外套42也可以組合成一件。沖擊吸收部件43安裝在外套42的內(nèi)部，靠著傳感器部件10。
傳感器部件10的端部10a被保護蓋44覆蓋。保護蓋44具有多個通孔，因此流體可以流入保護蓋44。
由于傳感器部件10的另一端部10b與導線46相連，所以存在于端片32和34上的電信號可以傳輸?shù)揭€47和48上。傳感器部件10的端部10b和導線46插入外殼45。外殼45的一端用端部部件49密封。引線47和48穿過端部部件49。
下面描述本發(fā)明的制造傳感器部件10的方法。
未經(jīng)處理的片材或帶材的模制層通過熱壓疊在一起，然后經(jīng)燒結(jié)得到一整體的襯底。例如，在圖1的襯底12中，將三層未經(jīng)處理的片材或帶材疊在一起。預先形成的第二層帶有預定形狀的通孔，以便形成閉合諧振器18?？梢酝ㄟ^壓模、流鑄、注模等方法形成層?？梢酝ㄟ^機械加工形成諧振腔，例如切削、磨削、激光加工、通過壓力加工沖切等。不需要使層都具有相同的厚度。然而，最好由于燒結(jié)每層都具有相同的收縮率。
當諧振腔是開啟的(即凹陷的)時，可以模制未經(jīng)處理的片材或帶材，以便具有燒結(jié)前對應于凹陷處的形狀。另外，也可以通過燒結(jié)后的機械加工形成諧振腔。
現(xiàn)在描述在陶瓷振動部分14上形成檢測單元20的方法。通過利用模具的壓模法、利用漿的帶成形法等形成壓電體。在燒結(jié)前，通過熱壓將壓電體疊在襯底的振動部分上。然后，這一疊層經(jīng)過燒結(jié)形成襯底和連在一起的壓電體。這一方法需要通過下述形成膜的一種方法在襯底上先形成電極26。
雖然壓電膜的燒結(jié)溫度是根據(jù)構(gòu)成膜的材料適當決定的，但是一般是800℃-1400℃，最好是1000℃至1400℃。最好壓電膜與存在的壓電膜材料的蒸發(fā)源一起燒結(jié)，以便控制壓電膜的組分。
另一方面，在形成膜的方法中，將第二電極26、壓電膜22和第一電極24按這一次序疊在振動部分14上，形成檢測單元20。可以采用常規(guī)技術(shù)中的形成膜的一種方法，例如形成厚膜的一種方法如絲網(wǎng)印刷法，一種應用方法如浸泡法，形成薄膜的一種方法如離子束法，濺射，真空淀積法，離子電鍍法，化學氣相沉積(CVD)法，或電鍍法。從可靠地制造膜的觀點出發(fā)，在這些方法中最優(yōu)選的方法是絲網(wǎng)印刷法。然而，形成膜的方法不限于這些方法。通過絲網(wǎng)印刷法將第二電極26、引線28、引線30、端片32和端片34同時加在襯底上。最好通過絲網(wǎng)印刷、浸泡、鍍膜等方法形成壓電膜22。這些方法采用包含作為一種壓電膜材料的主要成分的陶瓷粉末的膏或漿，因此在帶有檢測單元20的襯底上形成壓電膜22，它具有非常好的壓電特定。通過形成膜的這些方法中的一種方法形成壓電膜不需要任何粘合劑，并且檢測單元和振動部分可以被整體地連在一起。因此，從出色的可靠性、出色的再生產(chǎn)性和易于整體化的觀點看來，特別優(yōu)選這一方法。這種膜的形狀可以為適當?shù)膱D案?？梢酝ㄟ^一種方法形成圖案，例如絲網(wǎng)印刷或光刻，或通過如激光加工、切片或超聲波那樣的機械加工去除不需要的部分形成圖案。
壓電膜、第一電極和第二電極的形狀完全不受限制，根據(jù)其用途可采用任何形狀。例如，它們可以是多邊形，如三角形和矩形，曲線形如圓、橢圓和環(huán)形，梳狀形，柵格形，或?qū)⑦@些形狀組合起來形成一個特殊的形狀。檢測單元20不需要鍍在振動部分14的整個表面。檢測單元20最好鍍在振動部分14的一部分上，振動部分14由于振動具有大的位移。
以襯底的一種形狀這樣形成的膜22、24、26中的每一層膜每當形成時都要分別經(jīng)過熱處理，因此這層膜和襯底成為整體。另外，可以同時對所有膜進行熱處理，以便整體連所有接膜和襯底。當通過形成薄膜的一種方法形成第一電極或第二電極時，為了使這些電極成為整體并不總需要進行熱處理。
在本發(fā)明的傳感器部件中，只需要一個檢測單元。然而，一個以上的檢測單元可以位于振動部分上。在這種情況下，最好提供一個以上的振動部分，以便相對于每個檢測單元獨立地引起振動。當傳感器部件具有一個以上的相同檢測單元時，對振動部分的一個給定大小的應力而言，輸出信號可以提高。換句話說，當檢測單元具有不同的結(jié)構(gòu)時，檢測機械阻抗的各種值，因此可以判定和檢測顆粒的大小、質(zhì)量、和數(shù)量。
在圖5中，傳感器部件50包括襯底52和分別位于兩個振動部分54a和54b上的兩個檢測單元60a和60b。在襯底52中，振動部分54a、54b和固定部分56成為整體。振動部分54a、54b和固定部分56形成襯底52的一部分。檢測單元60a和60b分別位于振動部分54a和54b上。凹陷部分58a和58b分別形成在振動部分54a和54b的下面，作為諧振腔。襯底52形成有凹陷部分58a和58b，從襯底52的表面52t面向振動部分54，因此振動部分54a和54b中的每一個都很薄。對固定部分56定位，以便包圍振動部分54a和54b。
檢測單元60a和60b分別具有壓電膜62a和626，覆蓋壓電膜62a和626的外表面62s的至少一部分的第一電極64a和64b，以及覆蓋壓電膜62a和62b的內(nèi)表面62t的至少一部分的第二電極66a和66b。第二電極66a和66b分別至少覆蓋振動部分54a和54b的表面54s。
有可能用檢測單元60a來檢測顆粒，并用單元60b補償由單元60a檢測的顆粒。凹陷部分58b內(nèi)覆蓋著過濾器59。由于過濾器59形成有具有預定尺寸的細通孔，所以只有小于通孔尺寸的顆粒能夠流入凹陷部分58b。當凹陷部分58b中的顆粒與振動部分54b接觸或者特別是碰撞時，檢測單元60b和振動部分54b振動，并且檢測單元60b的壓電膜62b將振動轉(zhuǎn)變成電信號。因此，來自檢測單元60b的輸出與具有一定尺寸或小于一定尺寸的顆粒有關(guān)。來自檢測單元60b的輸出也可以表示基本的變化，如流體壓力、流體速度和流體溫度中的變化。
另一方面，由于凹陷部分58a沒有任何過濾器，所以具有各種尺寸的顆?？梢赃M入凹陷部分58a。當顆粒與振動部分54a接觸時，檢測單元60a輸出電信號。因此，檢測單元60a的輸出與各種尺寸的顆粒有關(guān)。
因此可以將檢測單元60a的輸出與檢測單元60b的輸出進行比較，以便補償檢測流體中的顆粒的精度。另外，可以從檢測單元60b的輸出中減去檢測單元60a的輸出，以便對誤差進行補償。
在圖6(a)和圖6(b)中，傳感器部件70包括襯底72和位于襯底72的三個振動部分74上的三個檢測單元80。振動部分具有懸臂梁形狀，并且襯底72具有諧振腔78。
振動部分74從固定部分76突出，固定部分76是襯底72的一部分。振動部分是可彎曲的。每個振動部分的邊緣具有與諧振腔74相連的切口。應注意的是，雖然圖6(a)所示的三個振動部分74是相互平行突出的，但是振動部分不需要相互平行。
檢測單元80分別位于振動部分74上。第二電極86覆蓋振動部分74的表面。每個振動部分74的一部分不被第二電極覆蓋，留有一個邊框。壓電膜82覆蓋第二電極86，并疊在它上面。不被第二電極86覆蓋的振動部分74的邊框被壓電膜82覆蓋。第一電極34覆蓋壓電膜32的表面。每層壓電膜84的一部分表面不被第一電極84覆蓋。
下面描述采用本發(fā)明的傳感器部件的方法。
當交流電壓從一對電極施加到壓電膜上時，通過反壓電效應，檢測單元和振動單元振動。通過向電極施加電壓，可用這一效應來檢測顆?；蛘扯?。另外，也可以通過不向電極施加電壓來檢測顆粒。
為了在不施加電壓時檢測流體中的顆粒，流體必須流動。最好流速相對穩(wěn)定。例如，當內(nèi)燃機中的潤滑劑是流體時，油泵或類似裝置工作時最好能保持流體在一定的流速下流動。即使油泵或類似裝置不工作，潤滑劑也能夠通過由內(nèi)燃機運行引起的機械振動而振動。另外，使傳感器部件在被檢測的流體中作旋轉(zhuǎn)運動或平移運動，因此流體中的顆粒與傳感器部件碰撞。
另一方面，對通過向電極對施加電壓來檢測顆粒而言，頻率調(diào)至接近傳感器部件諧振頻率的電信號被施加到電極上，以便使檢測單元振動，由此檢測流體中的顆粒和/或檢測流體的粘度。在這種情況下，流體可以或者是流動的或者是保持靜止的。
不管是否向電極施加了電壓，由于存在顆粒而從檢測單元輸出的信號通常都是很小的，因此該輸出信號最好由一個放大電路進行放大。輸出信號與顆粒尺寸和顆粒的數(shù)量有關(guān)，包括放大電路的電路將輸出信號轉(zhuǎn)變成顆粒尺寸的分類，以便檢測流體中顆粒尺寸的范圍。應注意的是，當輸出信號足夠大時，可以不需要放大電路。
在本發(fā)明的傳感器部件中，不需要粘合劑將檢測單元連到振動部分上，因為檢測單元直接位于振動部分上。檢測單元可因此工作在高溫下。傳感器部件具有很長的使用壽命，因為沒有粘合劑會受到潤滑劑等的侵蝕。此外，由于傳感器部件未用任何吸收沖擊的材料如粘合劑并且由于壓電膜和振動部分薄，所以傳感器部件具有很高的檢測靈敏度。再者傳感器部件可以檢測甚至一粒很小的顆粒，以及磁性的、非磁性的或抗磁性的顆粒。
雖然根據(jù)一些實施例已經(jīng)對本發(fā)明作了具體描述，但是本發(fā)明不限于上述實施例。應懂得根據(jù)本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員的知識，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，可以做出各種改變、修改和改進等。
權(quán)利要求
1.一種檢測在流體中無關(guān)的固體顆粒的傳感器部件，包括具有足夠的質(zhì)量的振動部分，用于對與固體顆粒的碰撞作出響應；以及用于將所述振動部分的振動轉(zhuǎn)變成電信號的設備，以便檢測該振動。
2.權(quán)利要求1的一種傳感器部件，其中所述設備包括至少一個將振動轉(zhuǎn)變成電信號的裝置，該裝置是從包括以下裝置的組中選擇出來的壓電裝置；電磁感應裝置；電容改變裝置；將光發(fā)射到所述振動部分、并檢測接收光的部分的光變化的裝置；將由于導體中的應力引起的電阻的改變轉(zhuǎn)變成電信號的裝置；以及將由于半導體中的應力引起的電阻的改變轉(zhuǎn)變成電信號的裝置。
3.一種檢測在流體中固體顆粒的傳感器部件，包括檢測單元，包括基本由第一陶瓷材料構(gòu)成的壓電膜，涂覆在所述壓電膜的外表面的至少一部分上的第一電極，和涂覆在所述壓電膜的內(nèi)表面的至少一部分上的第二電極；基本由第二陶瓷材料構(gòu)成的振動部分，所述檢測單元位于所述振動部分上，因此所述第二電極涂覆在所述振動部分的至少一部分上；以及用于固定所述振動部分的固定部分，因此所述振動部分能夠振動；其中當所述檢測單元和/或所述振動部分與流體中的固體顆粒接觸時，所述壓電膜將振動轉(zhuǎn)變成電信號。
4.權(quán)利要求3的一種傳感器部件，其中所述振動部分和所述固定部分是具有單片結(jié)構(gòu)的陶瓷襯底部分，并且所述陶瓷襯底形成有諧振腔，因此所述振動部分具有厚度很小的片形。
5.權(quán)利要求3的一種傳感器部件，其中所述第一陶瓷材料包括至少從以下組中選出的一種物質(zhì)，該組包括鋯酸鉛、鈮酸鉛鎂、鈮酸鉛鎳、鈮酸鉛鋅、鈮酸鉛錳、錫酸鉛銻、鈦酸鉛、鎢酸鉛鎂、鈮酸鉛鈷和鈦酸鋇。
6.權(quán)利要求1或3的一種傳感器部件，其中流體包括潤滑劑。
7.權(quán)利要求3的一種傳感器部件，其中所述壓電膜的厚度范圍是從1至100微米，所述振動部分的厚度范圍是從1至100微米。
8.權(quán)利要求1或3的一種傳感器部件，其中所述振動部分包括穩(wěn)定的氧化鋯。
9.一種傳感器，包括一個傳感器部件，包括檢測單元，包括基本由第一陶瓷材料構(gòu)成的壓電膜，涂覆在所述壓電膜的外表面的至少一部分上的第一電極，和涂覆在所述壓電膜的內(nèi)表面的至少一部分上的第二電極；基本由第二陶瓷材料構(gòu)成的振動部分，所述檢測單元位于所述振動部分上，因此所述第二電極涂覆在所述振動部分的至少一部分上；用于固定所述振動部分的固定部分，因此所述振動部分能夠振動；其中當所述檢測單元和/或所述振動部分與流體中的固體顆粒接觸時，所述壓電膜將振動轉(zhuǎn)變成電信號；以及覆蓋所述檢測單元的保護蓋。
10.一種檢測流體中的固體顆粒的方法，其中權(quán)利要求1或3的傳感器部件相對于被檢驗的流體運動，因此使得被檢驗的流體中無關(guān)的固體顆粒與所述振動部分碰撞。
全文摘要
檢測流體中的固體顆粒的傳感器部件包括檢測單元，包括基本由第一陶瓷材料構(gòu)成的壓電膜，涂覆在壓電膜的外表面的至少一部分上的第一電極，和涂覆在壓電膜的內(nèi)表面的至少一部分上的第二電極，基本由第二陶瓷材料構(gòu)成的振動部分，檢測單元位于振動部分上，因此第二電極涂覆在振動部分的至少一部分上，以及用于固定振動部分的固定部分，因此振動部分能夠振動。檢測單元和振動部分中的至少一個與固體顆粒接觸，因此壓電膜將振動轉(zhuǎn)變成電信號。
文檔編號G01L1/16GK1143184SQ9511510
公開日1997年2月19日 申請日期1995年8月14日 優(yōu)先權(quán)日1995年8月14日
發(fā)明者柴田和義, 武內(nèi)幸久, E·J·施拉德, J·S·艾克勒, R·E·佩林 申請人:日本礙子株式會社