阅读说明：本技术 基于压电效应的质量秤 (Mass balance based on piezoelectric effect ) 是由 韦一 柏沁园 唐莹 王玉龙 于 2020-09-16 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种基于压电效应的质量秤,属于质量衡量领域,本发明包含称重传感器模块、数据处理模块、显示器,秤体；所述的称重传感器包括绝缘衬底、底电极、压电层、上电极,数据处理模块包括电源、数模转换器、单片机控制器,秤体包括载物托盘、测量层、底座；本发明设置了称重传感器阵列,大大提高了质量秤的灵敏度和称重的精确度。(The invention discloses a mass scale based on piezoelectric effect, belonging to the field of mass measurement, and comprising a weighing sensor module, a data processing module, a display and a scale body; the weighing sensor comprises an insulating substrate, a bottom electrode, a piezoelectric layer and an upper electrode, the data processing module comprises a power supply, a digital-to-analog converter and a single chip microcomputer controller, and the scale body comprises a carrying tray, a measuring layer and a base; the invention is provided with the weighing sensor array, thereby greatly improving the sensitivity and the weighing accuracy of the mass scale.)

基于压电效应的质量秤

技术领域

本发明属于质量衡量领域，具体涉及一种基于压电效应的质量秤。

背景技术

电子秤属于衡器的一种，利用胡克定律或力的杠杆平衡原理测定物体质量的工具，按结构原理可分为机械秤、电子秤、机电结合秤三大类，电子秤是以传感器为秤量单元，再配合其他电子电路实现物质的称量。

传统电子秤的工作过程如下：将物体放在载物托盘上，压力施加给传感器，使其发生弹性形变，从而是阻抗发生变化，同时使激励电压发生变化，输出一个变化的模拟信号，该信号经数模转换器转换成数字信号输出到单片机控制器中进行运算，最后将结果输出到显示器，这往往使得其干扰性能很差，获得的数据精确度低，同时灵敏度也较低、耗电大。

压电效应是当晶体受到外力作用时，内部就产生电极化现象，同时在某两个表面上产生符号相反的电荷，从而形成电势差，撒去外力后晶体又会恢复到不带电的状态，压电效应响应速度快，灵敏度高，本身不需要耗电，很好的解决了传统电子秤的弊端。

发明内容

本发明的目的是针对传统电子秤所存在的问题，提出的一种基于压电效应、可获得准确质量、灵敏度高的质量秤。

为实现上述问题，本发明公开了-种基于压电效应的质量秤，其特征在于，它包括称重传感器模块，数据处理模块、显示器，秤体，所述的秤体包含载物托盘、测量层、底座。

优选的，所述的载物托盘采用透明钢化玻璃材质。

优选的，所述的测量层包括称重传感器、数据处理模块、显示器，显示器、称重传感器、数据处理模块置于测量层的凹槽中。

优选的，数据处理模块包括电源、数模转换器、单片机控制器。

优选的，所述的底座采用不锈钢材料，并在下方顶点和中心加上橡胶防滑垫。

优选的，所述的称重传感器包括绝缘衬底、底电极、压电层、上电极，其中绝缘衬底采用二氧化硅材料，电极都采用金属钼，厚度为0.5mm,压电层采用氮化铝材料，厚度为3mm。

本发明还提供所述的称重传感器的制备方法，包括以下步骤：第一，在二氧化硅衬底上采用直流磁控溅射沉积0.5mm厚度的金属钼作为下电极；第二，采用溶胶-凝胶工艺在下电极上生长3mm厚度的氮化铝作为压电层；最后，在压电层上采用直流磁控溅射沉积0.5mm厚度的金属钼作为下电极。

本发明具有以下优点：称重传感器采用压电效应产生的电势信号，本身不需要输入激励电压，所以耗电小，同时抗干扰性好，压电效应的响应速度快，灵敏度高。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明称重传感器的结构示意图；

图3为本发明的测量层的结构示意图；

图4为本发明称重传感器的电势信号与质量大小的关系图像。

图中：显示器1、载物托盘2、测量层3、底座4、橡胶垫5、绝缘层衬底6、底电极7、压电层8、上电极9、显示器凹槽10、传感器凹槽11、数据处理模块凹槽12。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细描述。

图1所示，本发明包括了显示器1、载物托盘2、测量层3、底盘4、橡胶垫5，测量层3中包含了称重传感器模块、数据处理模块还有显示器，载物托盘1采用透明的钢化玻璃材料，这样便于观察显示器上的测量值。

图2所示，称重传感器由下到上分别是绝缘层衬底6、底电极7、压电层8、上电极9，首先绝缘层衬底6采用二氧化硅材料，在绝缘衬底上采用直流磁控溅射的方式沉积0.5mm厚度的钼材料作为底电极7,然后使用溶胶-凝胶法生长3mm左右厚度的氮化铝作为压电层8,随后采用与底电极7相同的办法沉积0.5mm厚度的钼材料作为上电极9，同时将称重传感器制成图3中的传感器阵列，以此增加传感器的灵敏度。

制作完成传感器阵列后，如图3所示，将传感器阵列置于测量层3的中部凹槽11中，显示器1置于传感器上方的凹槽10中，将数据处理模块中的电源、数模转换器、单片机控制器也置于凹槽12中，通过引线将传感器与数据处理模块中的部件连接起来。

最后，将载物托盘2紧密的贴合安装在测量层3传感器一侧，底盘4安装在测量层另一侧，并在底盘4底部四个顶角和中间放置橡胶防滑垫5。

组装完成后，将重物置于载物托盘上，重物对传感器施加压力，由于压电效应会使得传感器电极两侧产生电势差，传感器将电势信号传入数模转换器转换成数字信号，再将数字信号传输到单片机控制器中进行处理，最后将得到的质量数据传到显示器进行显示，如图4所示，是质量大小与传感器产生的电势大小的对应关系。

以上所述的实施例仅作为对本发明的优选实施方式，并非对本发明的范围进行限定，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的若干变形和改进，也应该视为本发明的保护范围内。