一种微压差传感装置的制作方法

本实用新型涉及传感技术领域，尤其是一种检测流动气体压力差的微压差触感装置。

背景技术：

MEMS的全称是微型电子机械系统(Micro-Electro Mechanical System)，是指可批量制作的，将微型机构、微型传感器、微型执行器以及信号处理和控制电路、直至接口、通信和电源等于一体的微型器件或系统。利用传统的半导体工艺和材料，用微米技术在芯片上制造微型机械，并将其与对应电路集成为一个整体的技术。所以它是以半导体制造技术为基础发展起来的一种先进的制造技术平台。相对于传统的机械，其的尺寸更小，最大的不超过一个厘米，甚至仅仅为几个微米，其厚度就更加微小。采用以硅为主的材料，电气性能优良，硅材料的强度、硬度和杨氏模量与铁相当，密度与铝类似，热传导率接近钼和钨。采用与集成电路(IC)类似的生成技术，可大量利用IC生产中的成熟技术、工艺，进行大批量、低成本生产，使性价比相对于传统“机械”制造技术大幅度提高。

MEMS传感器的出现极大的满足了大家对产品小体积、高性能的要求。MEMS传感器作为获取信息的关键器件，对各种传感装置的微型化起着巨大的推动作用，已在太空卫星、运载火箭、航空航天设备、飞机、各种车辆、生特医学及消费电子产品等领域中得到了广泛的应用。

作为气体压力检测的压力传感器，尤其在电气应用中，由于体积庞大，耗电量大，并以模拟量输出；已难以满足生产、使用要求。

技术实现要素：

针对以上问题，本实用新型提供了一种微压差传感装置，其目的是减小体积，降低耗电量，尤其是满足10微安级的气体数字压差传感器，以便测试气体的动压和静压，得到气体流动的压差。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：一种微压差传感装置，包括：

能够侦测表征当地大气环境静压力的第一信号的第一气压传感器；

能够侦测表征迎风侧被测气体的动压力的第二信号的第二气压传感器；以及

控制器，用于接收第一信号和第二信号并将该第一信号和该第二信号分析处理得到表征被测气体动压力和当地静压力的气压差信号；

其中，所述第一气压传感器和第二气压传感器具有相同的物理特性。

进一步的，包括与大气环境相通的静气压室，通过通气槽连通大气环境，该通气槽与大气环境连通的敞开口位于被测气体的非迎风侧，其中第一气压传感器被置于该静气压室内。

进一步的，所述静气压室由一壳体与PCB组件形成，所述第一气压传感器和第二气压传感器被置于所述PCB组件上；第一气压传感器位于静气压室内，第二气压传感器裸露于壳体的迎风侧。

进一步的，PCB组件包括印刷电路基板和被贴装在该印刷电路基板位于静气压室一侧的贴装小板，该贴装小板集成所述控制器。

进一步的，所述贴装小板集成无线传输模块，该无线传输模块连接所述控制器用于传输气压差信号。

进一步的，所述无线传输模块为蓝牙天线模块。

进一步的，所述壳体的敞开端安装有上盖，用于将所述PCB组件封闭于壳体内部。

进一步的，所述上盖和PCB组件之间存在第一间隙。

进一步的，所述壳体具有用于放大气流的位于迎风侧的风口结构，该风口结构的末端连通至所述第二气压传感器用于将被测气体引导至该第二气压传感器的测试端。

进一步的，第一、二气压传感器采用MEMS压力传感器件。

本实用新型的有益效果是：

本实用新型的技术方案，使用第一气压传感器和第二气压传感器实现检测气流的静压力和动压力，得到便得到了气体流动的微弱压力；该技术能够作为气体压力和流速流量数字测试系统、风感标签、风压开关、风压计、暖通空调和洁净室风机等的运行监测系统。

附图说明

图1为本实用新型所述一种微压差传感装置的结构剖视示意图；

图2为PCB组件的结构示意图；

图3为第二气压传感器与风口结构配合结构示意图；

图4为一种微压差传感装置的相关电路连接示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图1至附图4，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

参见图1，本实施例一种微压差传感装置，包括：能够侦测表征当地大气环境静压力的第一信号的第一气压传感器121；能够侦测表征迎风侧被测气体的动压力的第二信号的第二气压传感器122；以及控制器123，用于接收第一信号和第二信号并将该第一信号和该第二信号分析处理得到表征被测气体动压力和当地静压力的气压差信号；其中，所述第一气压传感器121和第二气压传感器122具有相同的物理特性。即第一气压传感器121和第二气压传感器122的参数都是一致的，亦或者第一气压传感器121和第二气压传感器122采用的是一样结构和性能的传感器。

工作时，该第一气压传感器121用于检测环境的静压力，第二气压传感器122检测迎风面的环境动压力，并分别将得到的第一信号和第二信号传输至控制器123，控制器123处理得到环境大气的微弱压力差，以备设备使用。具体可以应用于气体压力和流速流量数字测试系统、风感标签、风压开关、风压计、暖通空调和洁净室风机等的运行监测系统。控制器123的选用应当满足数据处理、运算功能，采用现有技术中的控制器即可。

在实现本技术方案时，微压差传感装置包括与大气环境相通的静气压室100，第一气压传感器121被置于该静气压室100内部。需要指明的是，该静气压室100与环境大气相通的，以此保证第一气压传感器121得到的第一信息能够表征当地环境的大气静压力。详细的，静气压室100通过通气槽101连通大气环境，该通气槽101与大气环境连通的敞开口位于被测气体的非迎风侧。为了得到能够表征该当地环境的大气压静压力，通气槽101不能与迎风侧相通，避免由于流动的被测气体对第一气压传感器121的检测影响。

在本实施例，静气压室100由壳体11与PCB组件12形成，所述第一气压传感器121和第二气压传感器122被置于所述PCB组件12上；第一气压传感器121位于静气压室100内，第二气压传感器122裸露于壳体11的迎风侧。壳体11具有用于收容电源的仓位111，在安装的时候，该仓位111内放置电源128，通过该电源128可以提供整个装置的电力使用。详细，电源128可以采用锂锰电池，并能够保证使用五年以上，当然根据使用年限，采用不同电池容量的纽扣电池。在壳体11的下部分为用于放大气流的风口结构112。该仓位111和风口结构112的敞开端与所述PCB组件12匹配固定在一起。

参考图2，PCB组件12包括印刷电路基板124和被贴装在该印刷电路基板位于静气压室一侧的贴装小板125，该贴装小板125集成所述控制器123。其中，贴装小板125包括无线传输模块129。所述第一气压传感器121和第二气压传感器122被设置在该印刷电路基板124上，可以与印刷电路基板124通过贴片方式固定，应当理解，该第一气压传感器121和第二气压传感器122间隔布置，参见图3。在本实施例中，所述的无线传输模块129采用蓝牙天线模块，用作数据的传输。当然，除此之外，该无线传输模块129还可以是满足其他协议规程的无线传输形式，不单单限于蓝牙天线模块，即该无线传输模块129可以及于所有的能够是实现无线传输的技术。其中，贴装小板125能够方便的被固定于印刷电路基板124上，可以通过焊接的方法连接，此处贴装小板125为模块化结构，能够根据不同的需求选择与印刷电路基板124贴装在一起。本实施例，印刷电路基板124采用凸字形结构设置，其中贴装小板125被固定在印刷电路基板124的大端，第二气压传感器122被置于小端，第一气压传感器121位于大端，当然，这只是一种实施方式，不应当认为对本实用新型的技术方案构成限制。可以看到，小端的两侧设置卡口127，用于与壳体11卡接配合并用密封圈固定在一起。当该印刷电路基板124与壳体11配合后，印刷电路基板124通过密封胶实现壳体11密封，该技术即是在印刷电路基板124和壳体11的接口处涂覆密封胶以实现密封。第一气压传感器121位于仓位111内，印刷电路基板124与仓位111形成了与大气环境相通的静压气室100，该第一气压传感器121可以检测环境大气的静压力；通气槽101设置在壳体11和PCB组件12的上部分的结合处，即通气槽101的敞开端位于壳体11的上端面处；这只是其中一种实现方式而已，只要满足非迎风面的条件即可，因此不能因此认为该实现方式限制本技术方案的保护范围。其中，所述的第二气压传感器122是裸露在大气环境中，具体来说是裸露于壳体11，鉴于能够接触环境中的大气，使用的时候第二气压传感器122迎着气流面，其感应的绝对压力将增大，此时便可得到静压气室100和外界流动气体的绝对压力之差不为零，便得到了气体流动的微弱压力；并且整个装置耗电在微安级，体积也非常小。

为了实现数据的传输，贴装小板125集成无线传输模块129，该无线传输模块129连接所述控制器123用于传输气压差信号，该无线传输模块129被设置在贴装小板125上，该贴装小板125的尺寸小于印刷电路基板124的大端的外形尺寸。具体的，该贴装小板125被贴装在该印刷电路基板124的大端，用邮票口紧密贴合。该技术，能够保证PCB组件12的紧凑，减小体积。

本技术方案中，可以不使用存储功能，得到的气压差信号将经过控制器123处理后由无线传输模块129传输数据，这样能够更好降低功耗、体积等。当然，为了增加功能，PCB组件12还可以包括存储模块，该存储模块连接至所述控制器123实现数据存储。

为了实现PCB组件12的封闭，壳体11的敞开端安装有上盖13，用于将所述PCB组件12封闭于壳体11内部，该上盖13的厚度取1mm。由于PCB组件12涉及的是电子元器件，尤其是精密的元器件，因此不能收到外界的污染，故而通过上盖13将PCB组件12封闭。上盖13可以采用塑料材料制备，当然，该塑料材料应当具有足够的强度和刚性，避免在使用过程中发生过多的形变而挤压PCB组件12最终损坏电子元器件以及气压传感器，例如PA、PPS。另外，上盖13也可以部分采用金属材料制备，在制备的时候，只是部分上盖13采用金属材料，如附图中上盖13的下半部分，靠近无线传输模块129的上盖13部分则采用塑料材料，因为如果采用金属材料制备上盖13会对无线传输模块129的发射产生屏蔽作用；上盖13的金属部分可以采用钢材，能够避免在使用过程发生过多的腐蚀。

应当注意，本实施例中，上盖13和PCB组件12之间存在第一间隙14。该第一间隙14存在是必要的。因为在使用的过程中，上盖13或多或少会产生形变而挤压PCB组件12，尤其对于第二气压传感器122，其采用的是精密的传感器，其检测端与风口结构112接触，若PCB组件12被挤压时，极其容易挤压第二气压传感器122并损坏。该第一间隙14可以采用0.5-3mm的范围值。

风口结构112的末端连通至所述第二气压传感器122用于将被测气体引导至该第二气压传感器122的测试端。

风口结构112位于迎风面一侧，流过的大气进入该风口结构112。该风口结构112的末端紧密贴合所述第二气压传感器122，因此，经过风口结构112后的流动大气将会被该第二气压传感器122检测到其动压力。

详细的，参见图3，风口结构112具有相互贯穿的前端1121、通风道1122和后端1123，所述前端1121与大气接触用于让大气进入通风道1122流动至后端1123，所述后端1123与第二气压传感器122紧密贴合，该第二气压传感器122能够检测大气动压力。通风道1122包括与前端1121连通的第一通风道01和与后端1123连通的第二通风道02，其中该第一通风道01最窄处的横截面尺寸大于第二通风道02最大处的横截面尺寸。这样能够保证进入了通风道1122后的大气被放大，即流速增大。即在本实施例中，通风道1122保证靠近前端1121部分的横截面的尺寸要大于靠近末端1123部分的横截面尺寸，只要满足这个条件，该通风道1122可以设计成不同的形状。优选的，在本实施例中，所述第一通风道01为由与第二通风道02连接处向前端1121扩口的扩口结构，即为喇叭口，其中靠近前端1121部分为大端；而所述第二通风道02设置为圆柱形结构，能够同时保证所述第二气压传感器122被收容于所述第二通风道02内；具体的，所述第一通风道01。详细的，所述第一、二气压传感器121、122采用MEMS传感器，具有高精密度，在同一海拔高度上，得到的绝对气压值相等，两者之差为零，保证精确检测；作为一种实施方式，该第一、二气压传感器121、122的选用，满足24位数字输出，功耗低至10μA，高分辨率。

综述，本实用新型的技术方案，通过采用两个物理特性相同的气压传感器实现对被测气体的动压力和被测气体所在地的静压力，并得到该动压力和静压力的压力差值。其中，该两个气压传感器采用现有的精密传感器。通过该方案，可以形成一个标准化的气压差获取芯片或者装置，以此满足不同的生产、使用需求，尤其是可以作为导航系统的定位装置。两个气压传感器中一个经气路接入被测气体，另一个经气路仍然在当地大气压环境下，因此此时得到的气压差便是被测气体的附近气体的的压强与当地当时的大气压之差。利用此原理可用来检测环境风压、风机风压和暖通空调管路风压等。

根据上述说明书的揭示和教导，本实用新型所属领域的技术人员还可以对上述实施方式进行变更和修改。因此，本实用新型并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对本实用新型的一些修改和变更也应当落入本实用新型的权利要求的保护范围内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本实用新型构成任何限制。