Оглаление:

1 Введение

2.Принцип операции

3. Герметизация

4. Теория и дизайн

4.1. Способы колебания

4.3. Чувствительность давления

4.4. Температурная зависимость

4.5. Краткий обзор дизайна

5. Фальсификация

6. Измерения 6.1. Техника обнаружения возбуждения (технология 'взрыва')

6.2.

7. Результаты и обсуждение

7.1. Способы колебания

7.2. Q фактор

7.3. Чувствительность давления

7.4. Температурная чувствительность и компенсация

8. ЗаключениеСписок Литературы

Находящийся в вакууме низкоуровневый глубокий реактивный ион, вытравленный резанирующим сенсором давления, электрически возбуждённым и обнаруженным , используя технологию взрыва.

Резюме.

Здесь представлен чистый кремневый резонирующий сенсор давления придуманный использованием травления глубокого реактивного иона и в вакууме под низким давлением двумя стеклянными крышками. Сенсор состоит из двух вибрирующих мембран подвешенный за 4 точки к неподвижному каркасу. Вспомогательные трубки сгибаются и действуют как впускные отверстия давления. Как только окружающее давление газа изменится форма резонатора то же изменится, т.ж. изменяя свою резонансную частоту. Сенсор объединяет угловые щели( дырки) и находится в вакууме под низким давлением, что бы снизить эффекты понижения сжатия между резонирующей структурой и стеклянными крышками. Сенсор электростатический возбуждённый в сбалансированном режиме колебания и обнаруженный используя технологию взрыва. Эта технология основана на независимом возбуждёнии структуры и обнаружении конечной выходной частоты в разные периоды времени. Различные размеры и структурные вариации сенсора была придуманы и оценены. Измерения показывают что мельчайшая структура ( диаметр мембраны 5 мм) имеет добротность 14000 после помещения в вакууме с низким давлением, чувствительность давления 15 ppmна отметке 0,1-1500 с установленной температурой чувствительностью -34ppmструктура имела резонансную частоту 35078 Гц при атмосферном давлении воздуха. Если нужна бы была большая чувствительность, нужен был бы больший сенсор(140ppm/метер) для сенсора с мембраной 10 мм, не смотря на понижение добротного фактораQ.

1. ВведениеРезонансные датчики имеют несколько преимуществ перед другим обычными нерезонансными датчиками, включая это 'квазицифровые' (резонансная частота переходит из физический в измеряемый параметр). Эта произведённая частота позволяет легкое сцепление цифровой электронике и таким образом получает результаты с высоким разрешением, так как частота может быть измерена с высокой точностью [1]. Измерения частоты также более неуязвимый к вмешательству чем напряжение или амплитуда тока. Хотя резонаторы требуют, чтобы техника возбуждения начала колебание, которое не необходимое в других методах ощущения, изменение в резонансной частоте продукции может быть обнаружено посредством относительных измерений уровня напряжения или измерений сдвига фаз. Эти типы методов измерения не должны быть столь же точными в измерении уровня напряжения как не резонансные датчики, которые обычно полагаются на абсолютный уровень напряжения. Резонансные датчики давления имеют долгосрочную стабильность, так как резонансная частота не зависит от непостоянных или дрейфующих электрических сигналов, а скорее механических свойств структуры. Так как элемент ощущения колеблется, факторы, такие как механическое демпфирование важные, но могут быть преодолены. Резонансные датчики давления имейте долгосрочную стабильность, так как резонансная частота не зависящий от непостоянных или дрейфующих электрических сигналов, а скорее механические свойства структуры. Начиная с ощущения элемент колеблется, факторы, такие как механическое демпфирование важный, но может быть преодолен. Из-за вышеупомянутых преимуществ, большое исследование и исследования был нацелен на резонансное давление датчиков. Хотя примененные на резонансную частоту отношения давления неотъемлемо не линейны, требуя большего количества точек калибровки по сравнению с другими датчиками, преимущества далеко перевешивают такие трудности для многих заявлений [1]. Монокристаллический кремний - идеальный материал для резонансных датчиков давления из-за его превосходных механических свойств и высокого свойственного фактора Q, почти никакая долгосрочная усталость из-за колебания и возможности изготовления методом групповой технологии [2, 3]. Высокое отношение чопорности к плотности кремния также продвигает более высокую резонансную частоту, по сравнению с металлом, который заканчивается в более быстрое время отклика и упрощает сигнал, обусловливающий [4]. Наряду с емкостными датчиками, у кремниевых резонансных датчиков как правило есть температурные ошибки несколько порядков величины ниже чем обычные датчики, основанные на другом ощущении принципа (то есть пьезорезистивный).

2. 

Рисунок 2. Поперечная схематическая диаграмма (A–A от рисунка 1) нескрытого датчика давления с интегрированными электродами под оказанное давление P1 (P1 P2). Выпуклость мембран еще далее за пределы как P1 увеличивается.

Более ранний зависимый от формы резонансный датчик давления

был разработан основанный на структуре двойной диафрагмы [3, 5]. Основанный на форме датчик отличается от класса тензометр-на-основе резонансных датчиков. Основанный на форме датчик меньше под влиянием внешних напряжений (то есть подчеркивает из-за упаковки или материальной концентрации допинга) чем основанный на напряжении класс датчиков. У ранее представленного датчика формы была чувствительность давления 75 ppm mbar−1, фактор Q приблизительно 2600, и очень низкая температурная чувствительность (+1.3 ppm ◦C−1) [5]. Некоторые из недостатков этого датчика включают это, он испытывает недостаток в любом типе герметизации или интегрированной техники возбуждения/обнаружения, так же как быть очень большим в размере и хрупкий. Датчик, представленный в этой газете, улучшает предыдущий дизайн и является полностью заключенной в капсулу партией. Техника герметизации и новый дизайн датчика противодействуют механическим эффектам демпфирования. Уникальная техника возбуждения/обнаружения (известный как 'разорвано'), где возбуждение и обнаружение отчетливо отдельные вовремя, используется [6]. Метод для того, чтобы измерить давление также отличается от предыдущего датчика с точки зрения того, куда опорное давление помещено. Кроме того у этого есть меньшие измерения и улучшенная работа, которая будет обсуждена далее в этой статье.

2.Принцип операцииДатчик состоит из приостановленной, уравновешенной, кремниевой структуры, которая электростатически взволнована в резонанс. Датчик разработан, чтобы колебаться в уравновешенном способе, где смежные углы колеблются в противофазах, чтобы минимизировать потери механической энергии. Рисунок 1 показывает трехмерное (трехмерное) представление резонирующей структуры.Резонирующий элемент состоит из двух параллельных диафрагм, соединенных вместе в их периметрах, формируя капсулу с четырьмя входными портами давления, которые также действуют как четыре луча поддержки к внешней структуре [5]. Электростатическое возбуждение и емкостное обнаружение происходят по поднятым углам и приобщают приостановленную структуру к колебанию. Датчик воздействует на принцип, что как прикладное пневматическое давление в колеблющейся капсуле (который окружен на внешней стороне близким вакуумным опорным давлением) изменения, форма датчика изменена и, таким образом, ее изменения чопорности. Впоследствии, увеличения резонансной частоты или уменьшения в зависимости от формы датчика. Это в отличие от предыдущих основанных на форме датчиков, которые измеряют окружающее давление, окружающее вибрирующую капсулу в то время как содержащий вакуумное давление в капсуле [5]. Дизайн в настоящее время представляемого датчика уменьшает эффекты демпфирования, сохраняя способность измерить абсолютное давление. Так как датчик и сделан просто монокристаллического кремния и имеет продукцию, которая просто зависит от формы резонатора, проблем из-за эффектов расслабления избегают. Рисунок 2 показывает поперечное сечение полностью скрытой структуры с внешними электродами и суммирует принцип операции.

3. Герметизация

Проектируя герметизацию для резонансной структуры,

несколько факторов нужно рассмотреть, включая который это должное

не ограничивают движение структуры и работу.

Герметизация часто вводит демпфирование сжатого фильма

между колеблющейся структурой и постоянным

стена герметизации [7]. Две стеклянных крышки были анодным образом

сцеплялся в низком давлении со структурой поддержки кремния

датчик и форма низконапорная впадина, где ощущение

капсула может колебаться свободно. Представленный датчик был

полностью заключенный в капсулу на уровне вафли партии и объединяется

намеченная техника возбуждения/обнаружения непосредственно на

устройство. Дизайн позволяет возбуждение/обнаружение

электроды, которые будут помещены любая внутренняя или внешняя часть

герметизация, таким образом позволяя оба метода быть

оцененный. Есть несколько преимуществ для этого текущего метода герметизации включая это, низконапорная внутренняя впадина позволяет высокий фактор Q. Электроды очень доступные, и весь датчик становится очень модульным, в котором датчик становится защищенной единицей, которая может быть легко объединена с внешней схемой и может быть проверена в различной окружающей среде [7]. Это также показали, используя резонирующий испытательные структуры, что структурный фактор Q увеличивается когда заключено в капсулу (замеченный в низких давлениях герметизации) по всей вероятности из-за сокращения потерь энергии в структуре [7].