CN101248339B - 基于表面声波的压力传感器 - Google Patents

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Abstract

一种基于SAW的压力传感器，其包括基座(2a)和衬底(4)，该基座(2a)具有形成在其中的孔(3)，该衬底安装在该基座上，以便完全覆盖该孔。该衬底(4)附着于该基座(2a)上，以便形成绕该孔(3)的周边的流体密封。第一SAW谐振器(5)安装在该衬底上，并完全位于覆盖该孔(3)的区域内，同时另外两个SAW谐振器(6，7)安装该衬底上，并完全位于通过附着在底层基座(2a)而被硬化的区域内，以便另外两个谐振器(6，7)完全与由于该衬底变形而在衬底中产生的应变场解耦。

Description

基于表面声波的压力传感器
技术领域
本发明涉及基于表面声波(SAW)的压力传感器，尤其是涉及这种传感器，其中仅仅该SAW衬底的一部分是压敏的。
背景技术
已知基于表面声波(SAW)的传感器，其中在单个衬底上安装了多个SAW器件，该衬底被分成应变区和无应变区，SAW器件安装在这两个区域上，以便能够监测温度和压力，或者至少能够获得温度补偿的压力读数。例如，GB0302311.6中公开了一种SAW压力和温度传感器，其中有三个SAW器件安装在单个衬底上，其中一个SAW器件安装在衬底的一部分上，该部分衬底的应变场随着压力的变化而变化，同时另外两个SAW器件安装在该衬底的基本上与该应变场相解耦(decoupled)的区域，来自于三个SAW器件的信息能够计算出衬底周围环境的压力和温度读数。
在GB0302311.6中，周围环境的压力变化通过压敏隔膜和该衬底应变区域之间的机械连接传递给该衬底。于是，该衬底被简单地支撑或者埋在该应变区的边界处，以便把周围区域与应变场相解耦。然而，这种方法的缺陷在于不能完全有效地与该衬底的应变区域相解耦。
现有技术中已知的可替代方法，例如在微机电系统(MEMs)和石英器件中，使用厚衬底，该衬底基本上对压力不敏感，并局部刻蚀该衬底的区域，以形成压力敏感的隔膜区域，转换元件安装在此隔膜区域上用于压力检测，该转换元件也安装在未刻蚀的区域上用于温度监测。然后把整个衬底暴露于周围空气中，但是只有该隔膜区域对其有响应，因此只有安装在该区域上元件的输出端部随着压力而变化。然而，这种方法的缺点在于刻蚀工艺既昂贵又费时间。
发明概述
根据本发明，提供了一种基于表面声波(SAW)的压力传感器，包括基座和衬底，该基座在其中形成有孔；该衬底安装在该基座上，以便完全盖住该孔，该衬底被附着在基座上，以便在该孔周围形成流体密封；第一SAW谐振器安装在该衬底上，并完全位于覆盖孔的区域内，第二SAW谐振器安装在该衬底上，并完全位于通过附着在底层基座上而被硬化的区域内。
根据本发明的压力传感器所具有的优点为：其简化了传感器的结构，因为覆盖孔的衬底区域实际上充当了隔膜的作用，因此，排除了给SAW衬底提供带有机械触点的独立隔膜的需要，而这为了确保触点被维持在整个压力范围内又必需预先加载隔膜元件。此外，衬底和在其上结合的基座有效地形成了双薄片结构，硬化远离该孔的衬底，以便特别有效地把安装在其上的SAW器件与覆盖孔的衬底区域产生的应变相解耦，应变由于该区域的变形而引起。
优选地，衬底具有均匀厚度。因为衬底的剩余部分由于附着在基座上而硬化，使用薄衬底不会对第二谐振器与应变场解耦产生任何不利作用。从而，该衬底的厚度可以完全基于覆盖所述孔的区域所期望的敏感度来选择，该区域是压敏的，并因此不需要刻蚀衬底。这有利于降低制造成本。
优选地，该基座是壳体的一部分，该壳体还包括侧壁和盖子，它们和该基座一起确定了流体密封内部室，该内部室充有参考压力，该衬底的整个上表面暴露于该参考压力下，该衬底的覆盖所述孔的区域的下表面暴露于壳体周围的空气中，并且所述区域响应于参考压力和周围压力之间的压力差而变形。
在特别的优选实施例中，第三SAW谐振器安装在衬底上，并完全位于通过附着在底层基座上而被硬化的该区域内，所述第三SAW谐振器至少相对于第二SAW谐振器倾斜。这样，该传感器可以用来获得周围空气的压力和温度的读数。
每个谐振器优选地由该衬底上的母线连接到两个传感器输出端部连接器的插头上，该衬底是压电衬底。
附图说明
为了更好的理解本发明，现在将参照附图来描述一些示例性实施例，其中：
图1是根据本发明的移去盖子部分的压力传感器组件的顶视图；
图2是图1的该组件的透视图；
图3是图1的该组件带有盖子部分的顶视图；
图4是图1的该组件的底视图。
具体实施方式
参照图1、2、3和4，示出了封装件1，该封装件1具有基座2a和侧壁2b，该基座2a中形成有通孔3，该侧壁2b确定了室2c。厚度均匀的衬底4固定至该基座的内表面，以便利用适当的附着方法完全覆盖该通孔3，该方法提供了绕该通孔3的该周边3a的完全密封，该通孔3的尺寸被设置成可提供由于该衬底4的覆盖区域4a的变形而产生的最佳应变。第一SAW器件5安装在该衬底4的内表面的区域4a上，其完全覆在该通孔3上，以便测量由于覆盖区域4a的变形而引起的应变场中的变化。另外两个SAW器件6和7也安装在该衬底4的内表面上并远离该通孔3，以便与由于该第一区域4a的变形而在该第一区域4a中产生的应变场完全解耦。该三个SAW器件5、6和7经该衬底4上的母线(未示出)连接至传感器的输出连接插头11。
该封装件1的基座2a中的通孔3把该衬底的覆盖区域4a的外表面暴露在周围大气中，以便周围大气的压力变化引起该覆盖区域4a变形或者扭曲，并且由于该衬底附着到该基座2a，该变形仅局限于该覆盖区域4a。因此这些变形仅仅在安装于其上的SAW器件5的输出中产生变化。然而，所有这三个SAW器件5、6和7都与该室2c内部的大气成流体连通，并因此响应了温度变化，第二和第三SAW器件6、7的输出中的压力独立变化使得压力和温度信息都能够以公知的方式进行计算。

Claims (4)

1.一种基于表面声波的压力传感器，包括基座和衬底，该基座具有形成在其中的孔，该衬底安装在该基座上以便完全覆盖在该孔上，该衬底附着于基座上，以便形成绕该孔的周边的流体密封，第一表面声波谐振器安装在该衬底上，并完全位于覆盖该孔的区域内，第二表面声波谐振器安装在该衬底上，并完全位于通过附着在下面的基座上而被硬化的区域内，以及该基座是壳体的一部分，该壳体还包括侧壁和盖子，它们与基座一起确定了流体密封内部室，所述室可充有参考压力，该衬底的整个上表面暴露于该参考压力下，该衬底的覆盖所述孔的区域的下表面暴露于该壳体周围的大气中，其中，所述区域响应于该参考压力和该周围压力之间的压力差而变形，从而改变了该第一表面声波器件所暴露于的应变场。
2.根据权利要求1所述的压力传感器，其中，该衬底具有均匀厚度。
3.根据权利要求1所述的压力传感器，其中，在该壳体中设有至少一个充装阀，以方便设置该室内的该参考压力。
4.根据前述权利要求任一项所述的压力传感器，其中，第三表面声波谐振器安装在该衬底上，并完全位于通过附着在下面的基座上而被硬化的该区域内，所述第三表面声波谐振器至少相对于第二表面声波谐振器倾斜。
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