一種微機械壓力傳感器制造技術

本發明專利技術提供了一種微機械壓力傳感器，包括固定結構(1)以及能夠相對于該固定結構(1)運動的質量塊(2)，用于檢測質量塊(2)相對于固定結構(1)位移的檢測裝置(3)，用于驅動質量塊(2)產生相對于固定結構(1)位移的驅動裝置(8)，用于控制檢測裝置(3)輸出信號并給驅動裝置(8)提供輸入信號的控制裝置(4)。本發明專利技術提供的一種微機械壓力傳感器可以實現傳感器對壓力的實時跟蹤測量。并且本發明專利技術結構較為簡單，實現比較方便，功耗較低，易于實現集成化設計。

【技術實現步驟摘要】

:本專利技術涉及一種硅微壓力傳感器，特別是一種微機械壓力傳感器。
技術介紹
:基于微機電系統技術的娃微機械諧振壓力傳感器是目前精度最高、長期穩定性最好的壓力傳感器之一，這種傳感器的特征尺寸一般為微米或亞微米量級，采用硅微機械加工工藝制造，通過檢測硅微機械敏感諧振器或振動膜的固有頻率間接測量壓力，為準數字信號輸出，適用于遠距離傳輸，信號采集和處理方便。由于工作于機械諧振狀態，其精度主要受傳感器機械特性的影響，因此其信噪比高，抗干擾能力強，性能穩定。在過去的數十年內，隨著MEMS制造工藝的進步，結構設計以及配套電路的改進，諧振式壓力傳感器在綜合性能上得到了進一步提高。大多數諧振式壓力傳感器芯體由壓力敏感膜片和一個包含活動質量塊的微機電結構構成。當外界壓力作用在敏感膜片上時，敏感膜片發生變形，變形傳遞到微機電結構上使結構的固有頻率發生變化，通過檢測該微機電結構的頻率便可以檢測壓力。為了檢測微機電結構的頻率，需要一定的壓力傳感器來使微機電結構發生振動，通過測試微機電結構的振動情況可以測試其固有頻率。文獻“湯章陽，樊尚春，蔡晨光.一種新型的硅諧振式微傳感器頻率特性測試系統，儀表技術與傳感器，2009，增刊，pp.239-240”中，提出一種開環測試系統，利用微處理器產生變化頻率的驅動信號，并記錄每一個頻率點的檢測數據，通過分析檢測數據便可得到傳感器的固有頻率和品質因數等重要參數。這種實現方法比較簡單，但單次測試時間較長，無法實現壓力的實時測量。文獻“李海娟，周浩敏.硅諧振式壓力微傳感器閉環系統，北京航空航天大學學報，2005，Vol.31，n0.3，pp.332-335”中，針對電阻熱激勵、壓敏電阻拾振的傳感器結構，提出了一種采用鎖相環和分頻技術的壓力傳感器，利用鎖相環輸出作為傳感器的驅動信號。采用這種方法結構比較復雜，且會引入鎖相環的噪聲，影響傳感器的精度。
技術實現思路
:本專利技術的目的在于提供一種結構簡單可靠的微機械壓力傳感器。為達到上述目的，本專利技術采用如下的技術方案予以實現:—種微機械壓力傳感器，包括固定結構以及能夠相對于該固定結構運動的質量塊，用于檢測質量塊相對于固定結構位移的檢測裝置，用于驅動質量塊產生相對于固定結構位移的驅動裝置，用于控制檢測裝置輸出信號并給驅動裝置提供輸入信號的控制裝置。本專利技術進一步的改進在于，檢測裝置包括電荷放大器或跨阻放大器。本專利技術進一步的改進在于，檢測裝置包括電荷放大器時，該電荷放大器包括運算放大器和反饋電容器，反饋電容器配置在運算放大器輸入和輸出之間；檢測裝置包括跨阻放大器時，該跨阻放大器包括運算放大器和反饋電阻器，反饋電阻器配置在運算放大器輸入和輸出之間。本專利技術進一步的改進在于，當檢測裝置中包括電荷放大器時，控制裝置中還包括移相器。本專利技術進一步的改進在于，檢測裝置通過其檢測端與質量塊電容性地耦合連接；驅動裝置其通過驅動端與質量塊電容性地耦合連接。本專利技術進一步的改進在于，控制裝置用于控制檢測裝置輸出信號的幅值，包括依次連接的整流器、低通濾波器以及可變增益放大器，其中，檢測裝置輸出連接整流器輸入端和可變增益放大器輸入端，可變增益放大器輸出端連接驅動裝置輸入端。本專利技術進一步的改進在于，還包括讀取裝置，該讀取裝置的輸入端與檢測裝置的輸出連接，或者與驅動裝置的輸出連接，或者與控制裝置的輸出連接。本專利技術進一步的改進在于，該讀取裝置中包括比較器，用于將讀取裝置的輸出信號轉變為方波電壓信號。本專利技術進一步的改進在于，檢測裝置、控制裝置和驅動裝置的輸入信號和輸出信號分別為單端信號，或者為差分式的雙端信號。相對于現有技術，本專利技術具有如下的有益效果:本專利技術提供的微機械壓力傳感器工作時，驅動裝置產生的驅動交流信號加載在其驅動端上，驅動端與質量塊之間電容性的耦合連接，加載在驅動端上的驅動交流信號將驅動質量塊產生水平方向的振動，該振動將使其檢測端與質量塊之間的耦合電容發生交流變化，檢測裝置用于檢測該變化的耦合電容并將其轉變為交流變化的電壓；檢測裝置輸出的電壓輸入到控制裝置中進行幅值和相位的處理，經過處理的交流電壓作為控制裝置的輸出并輸入到驅動裝置中，驅動裝置可以對交流電壓進行進一步的放大處理，之后該交流電壓便作為驅動裝置的輸出加載在驅動端上。進一步的，控制裝置包括的整流器、低通濾波器和可變增益放大器用于處理交流電壓的幅值，移相器用于處理交流電壓的相位。由此可以看出本專利技術提供的微機械壓力傳感器形成一個閉合環路，而該閉合環路在工作時可以形成一個自激振蕩的系統，該自激振蕩系統的振蕩幅值可以由控制裝置控制，頻率由包含活動質量塊的微機電結構控制。當傳感器用來測試壓力時，壓力會引起微機電結構的固有頻率發生變化，而該自激振蕩系統的振蕩頻率由微機電結構的固有頻率決定，因此系統的振動頻率將自動跟隨其頻率，實現壓力的實時測量。綜上所述，本專利技術提供的一種微機械壓力傳感器可以實現傳感器對壓力的實時跟蹤測量。并且本專利技術結構較為簡單，實現比較方便，功耗較低，易于實現集成化設計?！靖綀D說明】:圖1為本專利技術實施例1的結構框圖。圖2為本專利技術實施例2的結構框圖?！揪唧w實施方式】:以下結合附圖和實施例對本專利技術作進一步的詳細說明。實施例1:圖1所示為本專利技術微機械壓力傳感器的第一個實施實例，包括固定結構I以及能夠相對于固定結構I運動的質量塊2，用于檢測質量塊2相對于固定結構I位移的檢測裝置3，用于驅動質量塊2產生相對于固定結構I位移的驅動裝置8，用于控制檢測裝置3輸出信號并給驅動裝置8提供輸入信號的控制裝置4 ;其中，驅動裝置8通過驅動端12與固定結構I相連，檢測裝置3通過檢測端9與固定結構I相連，質量塊2分別與驅動端12和檢測端9形成單端可變電容11和可變電容10?？刂蒲b置4包含整流器5、低通濾波器6和可變增益放大器7。在該實例中，檢測裝置3由跨阻放大器構成，控制裝置4中不含移相器。讀取裝置13的輸入與控制裝置4的輸出相連。讀取裝置13的輸出為方波電壓信號。實施例2圖2所示為本專利技術微機械壓力傳感器的第二個實施實例，包括固定結構I以及可以相對于固定結構I運動的質量塊2，用于檢測質量塊2相對于固定結構I位移的檢測裝置3，用于驅動質量塊2產生相對于固定結構I位移的驅動裝置8，用于控制檢測裝置3輸出信號并給驅動裝置8提供輸入信號的控制裝置4 ;其中，驅動裝置8通過兩個驅動端12a和驅動端12b與固定結構I相連，檢測裝置通過兩個檢測端9a和檢測端9b與固定結構I相連，質量塊2分別與驅動端12a和驅動端12b形成差分式的可變電容Ila和可變電容11b，即可變電容Ila和可變電容Ilb變化方向相反。質量塊2分別與檢測端9a和檢測端9b形成差分式的可變電容1a和可變電容10b，即可變電容1a和可變電容1b變化方向相反。控制裝置4包含整流器5、低通濾波器6和可變增益放大器7和移相器14。在該實例中，檢測裝置3由電荷放大器構成，控制裝置4中還包括移相器。讀取裝置13的輸入與控制裝置4的輸出相連。讀取裝置13的輸出為方波電壓信號?！局鳈囗棥?.一種微機械壓力傳感器，其特征在于，包括固定結構(I)以及能夠相對于該固定結構⑴運動的質量塊(2)，用于檢測質量塊⑵相對于固定結構⑴位移的檢測裝置(3)，用于驅動質量塊(2)產生相對于固定結構(I)位移的本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種微機械壓力傳感器，其特征在于，包括固定結構(1)以及能夠相對于該固定結構(1)運動的質量塊(2)，用于檢測質量塊(2)相對于固定結構(1)位移的檢測裝置(3)，用于驅動質量塊(2)產生相對于固定結構(1)位移的驅動裝置(8)，用于控制檢測裝置(3)輸出信號并給驅動裝置(8)提供輸入信號的控制裝置(4)。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：孫明，
申請(專利權)人：西安勵德微系統科技有限公司，
類型：發明
國別省市：陜西;61