[發明專利]一種諧振式MEMS壓力傳感器

在審

• 申請號: 201911112792.0
• 申請日: 2019-11-14
• 公開（公告）號: CN110803675A
• 公開（公告）日: 2020-02-18
• 發明（設計）人: 王輝
• 申請（專利權）人: 無錫萊斯能特科技有限公司
• 主分類號: B81B3/00
• 分類號: B81B3/00;B81B7/00;B81B7/02;G01L1/10;G01L9/00
• 代理公司: 上海智威知識產權代理有限公司 31356
• 代理人: 范潔瓊

本發明公開了一種諧振式MEMS壓力傳感器，包括：敏感膜；至少一根諧振梁，諧振梁的兩端分別通過第一錨點和第二錨點固定在敏感膜上；至少一個驅動器，用于驅動諧振梁；至少一個檢測器，用于檢測諧振梁的諧振頻率；轉向機構，與諧振梁連接，還與驅動器和檢測器中的一個或兩個連接，使得驅動器和檢測器中的一個或兩個的運動方向正交于諧振梁的運動方向。通過轉向機構，減少驅動器和/或檢測器由敏感膜面外運動產生的位移，從而減小驅動器和/或檢測器的靜態電容值的變化，達到提高諧振式MEMS壓力傳感器精確度，減少相位誤差和非線性問題。

技術領域

本發明涉及MEMS傳感器領域，尤其涉及一種諧振式MEMS壓力傳感器。

背景技術

壓力傳感器是能感受壓力信號，并能按照一定的規律將壓力信號轉換成可用的輸出的電信號的器件或裝置。基于微機電系統(Micro—electro-mechanical-systems，MEMS)技術的硅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。諧振式壓力傳感器利用諧振器把被測壓力轉換成頻率信號的壓力傳感器，即被測壓力引起諧振器等效剛度變化，從而改變諧振器的諧振頻率，通過測量諧振頻率的變化獲得被測壓力的大小。

硅微機械諧振壓力傳感器主要可以分為復合結構以及振動膜結構，其中復合結構具體為壓力敏感膜片與諧振器復合結構。為了檢測諧振梁的固有頻率，需要選取適當的激勵和檢測方式。MEMS諧振梁常用的激勵/檢測方式有靜電激勵/電容檢測、電磁激勵/電磁檢測、電熱激勵/壓阻檢測、光熱激勵/光信號檢測、逆壓電激勵/壓電檢測等。

硅微機械諧振壓力傳感器的信噪比高、抗干擾能力強，并且具有體積小、重量輕、功耗低、結構緊湊、溫度響應快、抗沖擊、易于集成化和利于批量生產等優點，也因此常被用于需要高精密度測量或嚴格工業控制的多種場合。

常規的諧振器(如DRUCK公司常規諧振器)，當敏感膜受壓力變形時，會導致可動梳齒發生面外運動產生位移，從而導致與驅動或檢測梳齒組的靜態電容發生變化，產生導致相位誤差或非線性問題。

因此，本領域的技術人員致力于開發一種相位誤差或非線性減小的諧振式MEMS壓力傳感器。

發明內容

有鑒于現有技術的上述缺陷，本發明所要解決的技術問題是如何提高諧振式MEMS壓力傳感器的精確度，減少相位誤差或非線性問題。

為實現上述目的，本發明提供了一種諧振式MEMS壓力傳感器。在一個具體實施方式中，該諧振式MEMS壓力傳感器，包括：

敏感膜，能隨壓力變化發生形變；

至少一根諧振梁，諧振梁的兩端分別通過第一錨點和第二錨點固定在敏感膜上；

至少一個驅動器，用于驅動諧振梁；

至少一個檢測器，用于檢測諧振梁位移幅度，和驅動器一起構成閉環系統，使系統振動在諧振點；

轉向機構，與諧振梁連接，還與驅動器和檢測器中的一個或兩個連接，使得驅動器和檢測器中的一個或兩個的運動方向正交于諧振梁的運動方向。通過這樣的運動方向轉變，使得諧振梁形變位移引起的第一傳遞臂朝向敏感膜平面內外的位移在驅動器和/或檢測器的可動梳齒組的朝向膜平面內外的位移被減小，從而起到減少相位誤差及非線性的問題。

進一步地，轉向機構為L型，包括：

第一臂，通過第一傳遞梁與諧振梁連接；和

第二臂，和第一臂相連，通過第二傳遞梁與驅動器或檢測器中的一個或兩個連接。

可選地，第二臂的長度大于第一臂的長度，使得檢測器的運動幅度大于諧振梁的運動幅度。檢測器的運動幅度大有助于增大檢測信號，諧振梁的運動幅度小有助于減小非線性。

進一步地，第一傳遞梁通過第一折疊梁與諧振梁相連；和/或