[實用新型]一種高溫微壓壓力傳感器及其測量系統

有效

• 申請號: 201920177536.9
• 申請日: 2019-01-31
• 公開（公告）號: CN209589335U
• 公開（公告）日: 2019-11-05
• 發明（設計）人: 冒曉莉;吳其宇;張加宏
• 申請（專利權）人: 南京信息工程大學
• 主分類號: G01L9/06
• 分類號: G01L9/06;G01L19/08;B81B7/02;B81C1/00
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 葛瀟敏

本實用新型公開一種高溫微壓壓力傳感器及其測量系統，高溫微壓壓力傳感器包括傳感器芯片、左側補償電路、右側補償電路、供電電極對、信號檢測引出電極對、底部支撐層及外圍封裝；傳感器芯片包括由下至上依次疊置的硅底層、二氧化硅絕緣層、碳化硅頂層，以及最上層的腔體密封層；底部支撐層位于傳感器芯片底部，且中間設有通氣孔；外圍封裝包括不銹鋼底部和塑料外殼，二者結合，將傳感器芯片罩設起來。此種結構在基于MEMS技術的基礎上，顯著地提高了高溫環境下傳感器測量的靈敏度、線性度與準確性，能夠在高溫微壓條件下對0?1kPa范圍內氣壓實現高精度測量。本實用新型還公開一種高溫微壓壓力傳感器的測量系統。

技術領域

本實用新型屬于微納機電系統傳感器技術領域，特別涉及一種高溫微壓壓力傳感器及其測量系統。

背景技術

科學發明、工業生產等對社會的進步、國民經濟和人民生命財產安全具有重要的作用，MEMS傳感器由于其體積小、高精度批量制造、能耗低等優點被廣泛使用。隨著科學技術的發展，許多科學實驗以及工廠生產產品過程需要在高溫微壓環境中進行，但傳統的壓力傳感器無法在高溫微壓環境下進行準確的氣壓測量。

傳統的壓力傳感器，其原理是通過注入或刻蝕在感壓薄膜上的壓敏電阻組成的惠斯通電橋，將壓力轉化為電勢差的輸出，獲得輸出信號的變化交由后端信號調理電路處理，通過對輸出電壓與氣壓值進行標定從而實現對氣壓的測量?，F在許多科學實驗以及工廠生產產品過程需要在高溫微壓環境中進行，對傳感器測量的靈敏度、線性度與精準度要求較高，但是傳統的壓阻式壓力傳感器在高溫環境下存在著靈敏度差、線性度低，遲滯、重復性誤差大的缺點。因此采用新的壓力傳感器實現高溫微壓環境下高精度氣壓測量是一個刻不容緩的問題。

實用新型內容

本實用新型的目的，在于提供一種高溫微壓壓力傳感器及其測量系統，其在基于MEMS技術的基礎上，顯著地提高了高溫環境下傳感器測量的靈敏度、線性度與準確性，能夠在高溫微壓條件下對0-1kPa范圍內氣壓實現高精度測量。

為了達成上述目的，本實用新型的解決方案是：

一種高溫微壓壓力傳感器，包括傳感器芯片、左側補償電路、右側補償電路、供電電極對、信號檢測引出電極對、底部支撐層及外圍封裝；

傳感器芯片包括由下至上依次疊置的硅底層、二氧化硅絕緣層、碳化硅頂層，以及最上層的腔體密封層；硅底層下部設有凹槽，凹槽上方的硅底層部分以及二氧化硅絕緣層共同構成傳感器芯片的受力應變薄膜；腔體密封層下部設有能容納電阻元器件的凹槽，凹槽中心設有凸起部位；腔體密封層與二氧化硅絕緣層中間延伸出作為應變薄膜上的電路與補償電路相連的鋁金屬引腳，經由金絲分別連通左側、右側補償電路，通過供電電極對與信號檢測引出電極對輸入輸出電壓；

底部支撐層位于傳感器芯片底部，且中間設有通氣孔；

外圍封裝包括不銹鋼底部和塑料外殼，不銹鋼底部中心設有金屬通氣管道，與底部支撐層中間的通氣孔相連，不銹鋼底部上還設置有傳感器接口，作為輸入供電電壓與測量輸出信號的引腳；塑料外殼為圓柱型無底部的結構，其與不銹鋼底部結合，將傳感器芯片罩設起來。

一種如前所述的高溫微壓壓力傳感器的測量系統，包括直流電源、信號采集電路和信號處理電路；

直流電源通過供電電極向傳感器提供基準恒壓源，并向信號采集電路和信號處理電路提供工作電源；

信號采集電路的輸入端連接傳感器的信號檢測引出電極對，對信號進行預處理后送入信號處理電路；

信號處理電路對信號采集電路的輸入信號進行處理后，得到氣壓值并進行顯示。

上述信號采集電路包括相串聯的濾波電路和放大電路，濾波電路的輸入端連接傳感器的信號檢測引出電極對，放大電路的輸出端連接信號處理電路。