[發明專利]壓力計

有效

• 申請號: 200880018606.0
• 申請日: 2008-06-04
• 公開（公告）號: CN101711348A
• 公開（公告）日: 2010-05-19
• 發明（設計）人: 金·范樂;約瑟夫·T·M·范貝克
• 申請（專利權）人: NXP股份有限公司
• 主分類號: G01L9/00
• 分類號: G01L9/00;G01L21/00;G01D5/00;H03H3/00
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 王波波

技術領域

本發明涉及壓力計(也稱為壓力傳感器)。本發明具體適于但不限于用作真空計(或傳感器)的壓力計(或傳感器)。

背景技術

已知壓力計(也稱為壓力傳感器，下文中術語“計”和傳感器都含有計或傳感器的意思)，具體地，真空計。

真空計的一個公知示例是皮拉尼真空計。皮拉尼真空計包括：置于待測環境/氣體中的加熱元件，以及用于感測加熱元件的溫度的裝置。在環境充當熱沉(heat?sink)的情況下，從加熱元件到環境的熱傳導性依賴于氣壓。為加熱元件連續地供應恒定的焦耳加熱，所述焦耳加熱最終與熱損耗達到平衡。所得到的元件溫度用于指示壓力，其中所述元件溫度依賴于通常通過測量加熱元件上的電壓變化而檢測到的熱損耗，從而取決于壓力。

圖1示出了皮拉尼計的典型響應曲線2，其中水平軸4是對數尺度上的壓力，垂直軸6是信號電壓，區域7是響應曲線的最靈敏區域。

現有的皮拉尼計具有以下缺點。這些皮拉尼計受諸如1/f噪聲(其中f是噪聲譜中的頻率)和熱噪聲等噪聲的影響。通過增大感測電流可以提高信號熱噪聲比，然而功率消耗也隨之提高了。此外，使用標準調制技術無法容易地減小1/f噪聲，因為典型地使用檢測原理中的熱傳遞不可能在設備中調制高頻。

EP-A-0330385公開了一種壓力計，包括與溫度有關的石英振蕩器以及與該振蕩裝置相鄰以加熱該振蕩裝置的單獨加熱裝置。

與壓力計的領域完全分開，已知微型機電系統(MEMS)諧振器。例如，MEMS壓阻式諧振器是一種縱模諧振器，通過靜電驅動來產生該縱模諧振器的激勵，通過對構成該諧振器的摻雜材料(典型地，硅)進行感測來執行對該諧振器的感測。在WO?2004/053431中描述了這樣的MEMS壓阻式諧振器，其全部內容通過參考包含在本文中。MEMS壓阻式諧振器的諧振頻率是與溫度有關的。傳統地，在MEMS壓阻式諧振器領域中，認為這種諧振頻率的溫度相關性是一種缺點。

發明內容

本發明的發明人認識到，希望提供一種壓力計，具體地，真空計，減輕或減少上述缺點，優選地不需要單獨的加熱裝置和感測裝置。此外，考慮與壓力計完全分開的領域，本發明的發明人還認識到，傳統地被看作是缺點的MEMS壓阻式諧振器的特征(即，諧振頻率的溫度相關性)令人驚訝地可以用來對提供一種新型壓力計帶來有利效果。

在第一方面，本發明提供了一種壓力感測方法，該方法包括：將MEMS壓阻式諧振器驅動為諧振；對MEMS壓阻式諧振器施加焦耳加熱；以及感測可變參數，所述可變參數響應于MEMS壓阻式諧振器的諧振頻率依賴MEMS壓阻式諧振器的溫度的趨勢而變化，所述MEMS壓阻式諧振器(8)的溫度依賴于壓力。

所述可變參數可以是MEMS壓阻式諧振器的諧振頻率或MEMS壓阻式諧振器的諧振頻率的變化。

所述可變參數可以是從反饋回路中得到的，所述反饋回路被布置為與MEMS壓阻式諧振器的諧振頻率依賴MEMS壓阻式諧振器的溫度的趨勢相反向MEMS壓阻式諧振器提供變化的感測電流以保持諧振頻率恒定，所述MEMS壓阻式諧振器的溫度依賴于壓力。

所述可變參數可以是反饋回路中在時間上積分的反饋信號。

所述可變參數可以是與MEMS壓阻式諧振器的諧振頻率依賴MEMS壓阻式諧振器的溫度的趨勢相反變化以保持諧振頻率恒定的感測電流的分量，所述MEMS壓阻式諧振器的溫度依賴于壓力。

該方法還可以包括：驅動MEMS壓阻式諧振器附近的參考MEMS電容諧振器，以及利用參考MEMS電容諧振器的輸出來補償感測的可變參數。

可以使所述感測電流變化，以保持MEMS壓阻式諧振器的諧振頻率與參考MEMS電容諧振器的諧振頻率相同。

所述參考MEMS電容諧振器可以被布置為與MEMS壓阻式諧振器相鄰。

所述參考MEMS電容諧振器可以在結構上與MEMS壓阻式諧振器相同。

所述參考MEMS電容諧振器可以被集成在與MEMS壓阻式諧振器的襯底相同的襯底上。

所述感測的壓力可以是真空壓力。

所述感測的壓力可以是MEMS的微腔內的壓力，所述MEMS壓阻式諧振器可以被集成在該微腔內。

在另一方面，本發明提供了一種壓力傳感器，包括：MEMS壓阻式諧振器；以及用于確定可變參數的裝置，所述可變參數響應于MEMS壓阻式諧振器的諧振頻率依賴MEMS壓阻式諧振器的溫度的趨勢而變化，所述MEMS壓阻式諧振器的溫度依賴于壓力。

用于確定可變參數的所述裝置可以包括用于測量MEMS壓阻式諧振器的諧振頻率或MEMS壓阻式諧振器的諧振頻率的變化的頻率計數器。