压电MEMS压力传感器及包括其的电子烟的制作方法

本发明涉及电子核心产业中敏感元件及传感器制造，尤其涉及一种压电mems压力传感器及包括其的电子烟。背景技术：1、电子烟是一种模仿卷烟的电子产品，原理是将液态烟油加热产生雾状气溶胶并吸入口中来模仿吸食真烟的效果。由于电子烟中没有一氧化碳和焦油等主要有害物质，所以危害要远小于真实香烟，因此受到越来越多戒烟者以及年轻人的喜爱。当吸烟者使用电子烟时，烟气通道内会产生一定程度的负压，从而导致压力传感器薄膜变形来输出电信号，使电子烟开始工作，当不再有吸烟动作时，电子烟关闭。目前电子烟里的压力传感器基本采用的都是电容式的，但是施加到上面的压力差与电容变化量是非线性的。并且由于振膜和背板之间的间隙很小，所以会产生很大的阻尼，导致响应时间变慢。相对而言采用压电式压力传感器具有响应时间快、线性度高的优点，此外还具有低功耗、防尘、防水等优点。2、压电材料在非等温条件下具有热释电效应，因此压电压力传感器仅限于在温度变化率很小的环境中工作。电子烟在工作状态时，其中的电子元器件会发热，会导致压电压力传感器在短时间内产生温度变化，从而导致热释电效应。热释电输出信号会干扰由于压力差导致的输出信号从而造成误触发，影响电子烟的使用体验。技术实现思路1、(一)要解决的技术问题2、本发明期望能够至少部分解决上述技术问题中的其中之一。3、(二)技术方案4、本发明第一个方面中，提供了一种压电mems压力传感器，包括：5、mems芯片，包括：压电层；中心电极，形成于压电层上，靠近mems芯片中心设置；外围电极，形成于压电层上，在中心电极的外围设置，且外围电极与中心电极绝缘；6、asic芯片，包括：除法器，其输入端输入由mems芯片的中心电极和外围电极所采集的信号，其输出端输出两信号电压之商；第一比较器，比较商与第一预设阈值α的大小，0＜α≤100。7、在本发明的一些实施例中，第一预设阈值α满足：0.5≤α≤2。8、在本发明的一些实施例中，商为其中，v1和v2分别为mems芯片的中心电极和外围电极所采集的信号的电压值。9、在本发明的一些实施例中，mems芯片还包括：下电极，设置于压电层下方，其电性接地，其电压作为中心电极和外围电极所采集信号的参照电压。10、在本发明的一些实施例中，第一比较器中，如果商小于第一预设阈值，则判断在利用中心电极所获取的信号计算mems芯片所受压力前，应当考虑热释电影响。11、在本发明的一些实施例中，asic芯片还包括：第三比较器，其输入端输入由mems芯片的中心电极所采集的信号，并将此信号的电压与第三预设阈值相比较；asic芯片还包括：总逻辑电路，其输入端连接至第一比较器、第三比较器的输出端，用于根据两者的输出，判断mems芯片的状态。12、在本发明的一些实施例中，asic芯片还包括：乘法器，其输入端输入由mems芯片的中心电极和外围电极所采集的信号，其输出端输出两信号电压之积；第二比较器，比较积与第二预设阈值的大小；总逻辑电路，其输入端连接至第一比较器、第二比较器、第三比较器的输出端，用于根据三者的输出，判断mems芯片的状态。13、在本发明的一些实施例中，对于第一比较器，当商小于第一预设阈值，输出“0”；否则，输出“1”；对于第二比较器，当积大于第二预设阈值，输出“0”；否则，输出“1”；对于第三比较器，当由mems芯片的中心电极所采集的信号的电压大于第三预设阈值时，输出“1”；否则，输出“0”；总逻辑电路为与门，其在第一比较器、第二比较器、第三比较器的输出均为“1”的情况下，输出“1”；否则，输出“0”。14、在本发明的一些实施例中，asic芯片还包括：前置运算放大器，其输入端连接至mems芯片的中心电极和外围电极，其输出端连接至除法器、乘法器、第三比较器，用于对中心电极和外围电极所采集的信号分别放大，并递送至除法器、乘法器、第三比较器。15、在本发明的一些实施例中，除法器包括：运算放大器和乘法器；其中：mems芯片的中心电极所采集的电压信号通过第一电阻后输入至运算放大器的反相输入端；运算放大器的同相输入端通过电阻r′连接至地；运算放大器的输出端连接至除法器的输出端；mems芯片的外围电极所采集的电压信号输入至乘法器的第一输入端；乘法器的第二输入端连接至运算放大器的输出端；乘法器的输出端通过第二电阻连接至运算放大器的反相输入端。16、在本发明的一些实施例中，在水平方向，中心电极呈实心形状或环形。17、在本发明的一些实施例中，对于中心电极和外围电极，两者处于同一水平面上或不同水平面上。18、在本发明的一些实施例中，在水平方向，中心电极呈圆形；外围电极呈圆环形，为外环电极；中心电极和外围电极处于同一水平面上；19、在本发明的一些实施例中，背腔的横截面呈圆形，其半径为r；外环电极的外径小于r，内径为中心电极的半径小于且与外环电极内径最小间距为u，0.5μm≤u≤5μm。20、在本发明的一些实施例中，外环电极外径小于r大于外环电极内径小于中心电极半径小于外环电极内径且与外环电极内径最小间距为u，0.5μm≤u≤5μm。21、在本发明的一些实施例中，外环电极外径小于中心电极的半径小于外环电极内径且与外环电极内径最小间距为u，0.5μm≤u≤5μm。22、在本发明的一些实施例中，外环电极的外径大于r，内径小于r大于中心电极的半径小于23、在本发明的一些实施例中，mems芯片包括：衬底，包括：外围的外环体；形成于外环体内侧的背腔；压电复合振动层，包括：下电极、压电层、中心电极、外环电极，其中：压电层形成于外环体和背腔的上方；下电极形成于压电层的下方，其连接至地；中心电极形成于压电层上，靠近压电层中心设置；外环电极形成于压电层上，在中心电极的外围设置，且外围电极与中心电极绝缘；其中，下电极形成于背腔上方，压电层的下方；或，mems芯片还包括：支撑层，形成于外环体和背腔的上方；其中，下电极和压电层依次形成于支撑层上。24、在本发明的一些实施例中，压电层包括：中心压电层，靠近mems芯片中心设置；外环压电层，在中心压电层的外围设置；中心电极形成于中心压电层上，外环电极形成于外环压电层上；其中，外环压电层外侧与衬底外边缘对齐，内侧与背腔边缘对齐；外环电极外径大于背腔半径，内径与背腔半径一致；中心压电层半径小于背腔半径；中心电极和中心压电层半径一致。25、本发明第二个方面中，提供了一种电子烟，包括：电子烟本体，其内部设置雾化器；单片机，设置于电子烟本体内；如上的压电mems压力传感器，封装于电子烟本体内，其信号连接至单片机；其中，压电mems压力传感器感应的用户抽吸信号，当与门输出“1”时，单片机控制驱动电路使雾化器开始工作。26、(三)有益效果27、从上述技术方案可知，本发明相对于现有技术至少具有以下有益效果之一：28、(1)判断中心电极和外围电极所采集的信号电压之商，如果此商小于第一预设阈值α，则可以判断存在热释电效应影响压电效应，而如果商大于或等于第一预设阈值α，则可以判断在处理压电信号时热释电效应可以忽略，从而为后续压电信号的可信度提供依据，极大地提升了压电mems压力传感器的抗干扰能力。29、(2)为了适应通过信号电压之商判断是否存在热释电效应，提供了五种典型的mems芯片，可以实现中心电极与外环电极电压灵敏度比值的调节。30、(3)提出了一种全新的mems芯片，在该mems芯片中，此时下电极全部接地，压电层和上电极均分为中心和外环两部分。其中，外环压电层外侧与衬底外边缘对齐，内侧与背腔边缘对齐；外环电极外径大于背腔半径r，内径与背腔半径r一致。中心电极和中心压电层半径一致，并且小于背腔半径r。31、对于该mems芯片，中心电极与外环电极的灵敏度比值而中心电极和外环电极的热释电输出电压比值为有限值。中心压电层半径小于背腔半径r，有利于释放中部压电层自由度来降低弯曲刚度，会增大压电复合振动层的弯曲变形幅度，并且压电层中面的应力全部同号。该mems芯片结构相较于其他mems芯片结构中压电层全覆盖结构，可以提高中心电极的面积，降低输出阻抗，增大输出电荷量，并且有利于器件进一步小型化。32、(4)asic包括乘法比较电路。在乘法比较电路的逻辑当中，中心电极与外环电极相乘v1×v2，当v1×v2大于某设定阈值时(用户可根据实际运用场景进行值的设定)，该电路设计可为用户锁定温升速率max或超大吸力max，当超出该阈值时，气流传感器将自动截止输出，起到安全防护的作用。当v1×v2小于设定阈值时(可根据用户的实际运用方案进行调整)，设备处于正常运行状态。33、(5)本发明通过设计将上电极层分为中间和外环两部分。下电极接地，中心电极和外环电极分别输出电信号，通过中心电极和外环电极输出电信号的比值来控制电子烟的启动，可以有效区分压力作用输出电压与温变作用输出电压，有效的避免了由于温度骤变导致的电子烟误启动问题。