阅读说明：本技术 一种分体式压电传感器 (Split type piezoelectric sensor ) 是由 单华锋 王家冬 曹凯敏 韩秀萍 李红文 陈磊 于 2020-04-01 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种分体式压电传感器,涉及压电传感领域,包括第一电路板和第二电路板；第一电路板包括分板、压电薄膜和第一连接头；分板和第一电路板位于同一平面,分板位于第一电路板的镂空区域内并与第一电路板内的一端相连,令分板以第一电路板内的一端为支点产生位移；压电薄膜贴覆于分板并与分板电连接；第一连接头与压电薄膜同侧设置,第一连接头与第一电路板电连接；第二电路板包括信号处理单元和与信号处理单元电连接的第二连接头；第二连接头与第一连接头相对并可拆卸的连接,第二连接头支撑第一电路板。本发明的技术效果在于分离了压电薄膜和运算处理单元,并且压电薄膜可随时拆卸并测试,实现了压电薄膜电路板的复用。(The invention discloses a split type piezoelectric sensor, which relates to the field of piezoelectric sensing and comprises a first circuit board and a second circuit board; the first circuit board comprises a sub board, a piezoelectric film and a first connector; the branch board and the first circuit board are positioned on the same plane, the branch board is positioned in the hollow area of the first circuit board and is connected with one end in the first circuit board, and the branch board generates displacement by taking one end in the first circuit board as a fulcrum; the piezoelectric film is attached to the sub-plate and electrically connected with the sub-plate; the first connector is arranged on the same side of the piezoelectric film and is electrically connected with the first circuit board; the second circuit board comprises a signal processing unit and a second connector electrically connected with the signal processing unit; the second connector is opposite to and detachably connected with the first connector, and the second connector supports the first circuit board. The invention has the technical effects that the piezoelectric film and the operation processing unit are separated, and the piezoelectric film can be detached and tested at any time, thereby realizing the multiplexing of the piezoelectric film circuit board.)

一种分体式压电传感器

技术领域

本发明涉及压电传感领域，尤其涉及一种分体式压电传感器。

背景技术

压电薄膜是一种新型的高分子聚合物型柔性换能材料，可加工成为高效可靠、低成本的振动传感器或加速度计，也可与适当的电路相结合，组成无线检测和监测系统。由于压电薄膜传感器的诸多优点，使其在建筑、速度和加速度测量、医疗生理信号采集、车辆防盗等许多领域都得到了广泛的应用。

目前压电薄膜传感器多为悬梁式，压电薄膜贴覆在悬梁的里侧，此时在传感器受到外部施加的纵向应力时，会在横向上产生较大的应力，产生形变和电信号，经过信号处理单元转换后，从而得出具体测量参数。

现有压电薄膜传感器的悬梁结构一般为两种：一种为一体式，其直接在带信号处理的电路板上开槽镂空出悬梁结构，再将压电薄膜贴在悬梁有电极的一侧(一般为内侧)，然而贴覆后的压电薄膜由于与信号处理单元处于同一块电路板，易受电路板发热影响，粘贴后的压电薄膜不能单独测试，而且检修困难，压电薄膜损坏后只能将传感器整体更换，成本较高。

另一种为焊接或铆接式，其选择金属板或陶瓷板等作为悬梁，再以焊接或铆接的方法将贴有压电薄膜的金属板或陶瓷板安装在带有信号处理单元的底板上，铆接或焊接端兼具了连接与信号传输的作用，然而由于压电薄膜作为一种高分子材料，其并不耐高温，在焊接过程有可能会损坏或者式压电薄膜性能退化，薄膜的粘贴质量也不易检测。此外焊接或铆接的方式也不利于传感器的拆解，尤其铆接式只能采用破坏性的拆解方式，不利于检修和压电薄膜板的复用。

发明内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种分体式压电传感器，可灵活的更换和测试压电薄膜的性能。

为实现上述目的，本发明提供了一种分体式压电传感器，包括第一电路板和第二电路板；

所述第一电路板包括分板、压电薄膜和第一连接头；所述分板和所述第一电路板位于同一平面，所述分板位于所述第一电路板的镂空区域内并与所述第一电路板内的一端相连，令所述分板以所述第一电路板内的一端为支点产生位移；所述压电薄膜贴覆于所述分板并与所述分板电连接；所述第一连接头与所述压电薄膜同侧设置，所述第一连接头与所述第一电路板电连接；

所述第二电路板包括信号处理单元和与所述信号处理单元电连接的第二连接头；所述第二连接头与所述第一连接头相对并可拆卸的连接，所述第二连接头支撑所述第一电路板。

进一步地，所述第二电路板设置所述第二连接头一侧的表面敷铜。

进一步地，所述第一连接头和所述第二连接头为多个，所述第一连接头环绕所述镂空区域。

进一步地，还包括：弹性垫，所述弹性垫被设置在所述压电薄膜与所述第二电路板之间。

进一步地，所述第一电路板与所述压电薄膜相反的一面设置屏蔽罩，所述屏蔽罩包围所述镂空区域。

进一步地，所述屏蔽罩包括通孔。

本发明的技术效果在于分离了压电薄膜和运算处理单元，并且压电薄膜随时可以拆卸并易于测试，实现了压电薄膜电路板的复用。

以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。

附图说明

通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明第一电路板的结构仰视图；

图2为本发明第二电路板的结构示意图；

图3为本发明第一电路板的结构俯视图；

图4为本发明第一电路板的结构立体图。

附图标记说明：100-第一电路板；101-压电薄膜；102-第一连接头； 103-分板；104-金属屏蔽罩焊点；105-金属屏蔽罩；106-通孔；200-第二电路板；201-第二连接头；202-弹性垫。

具体实施方式

以下参考说明书附图介绍本发明的多个优选实施例，使其技术内容更加清楚和便于理解。本发明可以通过许多不同形式的实施例来得以体现，本发明的保护范围并非仅限于文中提到的实施例。

在附图中，结构相同的部件以相同数字标号表示，各处结构或功能相似的组件以相似数字标号表示。附图所示的每一组件的尺寸和厚度是任意示出的，本发明并没有限定每个组件的尺寸和厚度。为了使图示更清晰，附图中有些地方适当夸大了部件的厚度。

图1示出了第一电路板100的内侧结构。第一电路板100内部镂空，分板103位于第一电路板100内部的镂空区域内，并且与第一电路板100 内的一端相连且位于同一平面。分板103还贴覆了与其电连接的压电薄膜 101，在压电薄膜191同侧，还设置了第一连接头102。

分板103可通过与第一电路板100相连的一端作为支点，在受到压应力时根据压应力方向产生弯曲形变，并在压应力释放时，由于弹性作用产生循环往复的位移。

压电薄膜101的材料可以为目前常见的压电材料，例如聚偏氟乙烯 (PVDF)、聚二甲基硅氧烷(PDMS)等，在此不作限定。在分板103受到压应力产生形变时，压电薄膜101将一同被带动形变，产生电信号，并通过第一电路板100上的电路将压电薄膜101产生的电信号传递至与压电薄膜 101同侧设置的第一连接头102。

当然地，为产生循环往复的位移，分板103末端不与电路板相连，此外第一电路板100和第二电路板200中间需要保留一部分空间，为分板103 的位移提供足够的空间。

图2示出了第二电路板200的结构示意图，其设有第二连接头201和弹性垫202。此外第二电路板200还集成了信号处理单元(图中未示出)。

第二连接头201与第一连接头102相对设置并可拆卸的连接，第二连接头201接受从第一连接头102传输的电信号并将其传递给信号处理单元，信号处理单元响应该电信号并处理得出检测结果。在传感器工作时，第二连接头201支撑了第一电路板100，使其作为支撑在分板103受到压应力时发生形变，使压电薄膜101产生足量的可检测的电信号。

为了使第一电路板100的支撑更稳定，第一连接头102以及与之相对的第二连接头可以为两个以上，并且环绕分板103外的镂空区域布设。

本实施例中，第一连接头102和第二连接头201为对插的板间连接器，其具有一定高度。第一电路板100和第二电路板200连接时，二者中间形成一定间隙，板间距离标称为0.98mm。

弹性垫202设置于前述间隙中并且应与分板103和压电薄膜101接触，用于缓解外界传感器整体运动带来的震动干扰，还可支撑分板103以及压电薄膜101，并有助于预压力的产生。本实施例中弹性垫202使用软硅胶，厚度为1mm，根据板间连接器的高度，软硅胶的厚度也将随之变化。软硅胶的硬度可选20至40邵氏硬度，可根据待测压应力调整。此外弹性垫202 还可压住压电薄膜101，防止其意外脱落。

进一步地，第二电路板200靠近第一电路板100的一侧表面敷铜，用于接地，并具有屏蔽环境电磁噪声的作用。

图3、图4示出了第一电路板100的外侧结构，镂空区域外侧具有金属屏蔽罩105，金属屏蔽罩105包围分板103以抑制环境电磁噪声以及避免工频电磁干扰，一般为锌、铜、镍的合金。

金属屏蔽罩105具有通孔106，传感器在使用时，外部待测器件的凸点可穿过通孔对第一电路板产生压应力，通孔位置可选择分板103的任意处，只需分板103在受到压应力时产生相应形变即可。也可根据待测压应力的大小范围调整，例如待测压应力较小时，可将通孔布设在分板103末端，传感器更加灵敏；相对地，当待测压应力较大时，也可选择将通孔在分板103中端或向分板103的连接端布设。

在一个实施例中，传感器在工作时，压电薄膜101夹在两屏蔽层之间，其上侧有金属屏蔽罩105屏蔽，下侧有第二电路板200的敷铜屏蔽，共同抑制了环境干扰。

进一步地，第一电路板100和第二电路板200都采用常规电路板材料 FR-4(环氧树脂玻璃纤维层压板)，也可采用其他可设计线路的电路板材料如复合基板单面半玻纤板22F、单面玻纤板CEM-1以及双面半玻纤板 CEM-3或金属基板等。

传感器在制作时首先分别在第一电路板100和第二电路板200焊接板间连接器和金属屏蔽罩105，然后在常温下贴覆压电薄膜101并分别测试第一电路板100和第二电路板200，测试完毕后，直接将第一电路板100 插接在第二电路板200上，即可形成完整的压电传感器。而检修时，直接将第一电路板100拆下，即可单独测试故障，并且还可方便地更换压电薄膜101，且避免了在压电薄膜存在的情况下进行高温操作，防止了高温而导致的压电薄膜的损坏。

进一步地，也可不在第一电路板100和第二电路板200之间的间隙设置弹性垫202，此时传感器可作为加速度传感器使用。在传感器受到振动时，由于不存在弹性垫202，分板103也随之一同振动，带动压电薄膜101 产生形变，此时通过设置信号处理单元，即可准确得出当前加速度值。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。