CN101970338B - 微流体装置及操作方法 - Google Patents
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Abstract
一种微机电系统(MEMS)装置(10)和用于操作该装置(10)以确定流体的性质的方法。该装置(10)具有管(14)，管(14)从基部(16)延伸且与衬底表面(18)间隔开，以在垂直于表面(18)的平面中进行振动运动。管(14)限定了连续内部通路(20)，其具有流体地连接到基部(16)上的流体入口(22)和流体出口(24)。与基部(16)相对地附连到管(14)的远端部分(14C)上的悬臂构件(30)被构造成以便相对于远端部分(14C)进行振动运动。可操作以在管(14)和悬臂构件(30)中引起振动运动的驱动电极(26)设置于衬底表面(18)上。感测电极(28)设置于衬底表面(18)上，以用于感测在振动时管(14)的科里奥利诱导的偏转，并生成输出，可根据该输出来确定流动通过管(14)的流体的性质。
Description
相关申请的交叉引用
本申请要求在2008年2月11日提交的美国临时申请No.61/065,293的优先权，该申请的内容以引用的方式结合到本文中。
发明背景
本发明大体而言涉及用于测量流体性质的装置和方法。更特定而言，本发明涉及一种微流体装置，其配备有谐振结构，该谐振结构内的、流体流动通过其中的微通道，以及用于在流体流动通过微通道时确定流体性质的器件。通过添加这样的器件来改进装置的性能：该器件能够最小化由于谐振结构的机械能消散到支承衬底而产生的机械损失。
能进行精确测量的流体输送装置在多种工业中得到应用，其非限制性实例包括：医疗系统，诸如药物注入和麻醉；能量与燃料系统，其包括燃料输送系统和燃料电池，诸如直接甲醇燃料电池(DMFC)；以及消费品。已提出各种类型的流率和浓度传感器，包括电解传感器、折射计传感器、超声传感器、电化学传感器、电磁传感器和机电传感器。后者的一个实例为在Tadigadapa等人的共同转让的美国专利No.6,477,901中所公开的基于科里奥利(Coriolis)的微流体装置，该专利的涉及基于科里奥利的传感器的制造和操作的内容以引用的方式结合到本文中。
由Tadigadapa等人所公开的类型的基于科里奥利的微流体装置包括微机械管，其支承在衬底上方，以具有独立部分。驱动电极与感测电极位于衬底表面上、管的独立部分下方。驱动电极可(例如)以电容的方式耦联至管的独立部分，以用于在谐振或接近谐振时以电容方式(静电方式)驱动独立部分，而感测电极感测(例如，以电容方式，以光学方式等)谐振管相对于衬底的偏转，且提供反馈以使得能够利用适当电路来控制驱动电极所引起的振动频率。在使用中，当流体流动通过管内的内部通路时，驱动电极使独立部分以谐振或接近谐振来振动，以使用科里奥利力法则来确定流体的某些性质，诸如流率和密度。特别地，随着驱动电极以谐振或接近谐振来驱动独立部分，感测电极感测独立部分的绕该独立部分的对称轴线的扭转运动，其被称作科里奥利效应。在振动循环期间由于科里奥利效应所造成的独立部分扭转(偏转)所达到的程度可与流动通过管的流体的质量流率相关，而流体的密度与谐振时的振动频率成比例。
基于科里奥利的微流体装置的显著优点包括可使用半导体技术将它们制造成的微型规模。如由Tadigadapa等人所教导，可通过微机械加工技术(诸如体蚀刻和表面薄膜蚀刻)将该装置的结构构件与单个芯片上的电子器件组合，以得到能精确地分析很少量流体的微机电系统(MEMS)。当合适地微型化时，基于科里奥利的微流体装置可由封顶晶片(capping wafer)封闭以允许真空封装，这可通过降低空气阻尼效果而进一步改进该装置的性能。
Tadigadapa等人所公开的微流体装置可用于很多种应用，如从共同转让的美国专利No.6637257、No.6647778、No.6932114、No.7059176、No.7228735、No.7263882、No.7354429和No.7437912、美国公开专利申请No.2004/0171983、No.2005/0126304、No.2005/0284815、No.2005/0235759、No.2006/0211981、No.2007/0151335、No.2007/0157739、No.2008/0154535以及待决的美国专利申请(序号)No.12/031839、No.12/031860、No.12/106642和No.12/143942中显而易见。作为特别的实例，美国专利No.7263882教导了可在流体样品流动通过基于MEMS的科里奥利微流体装置的谐振管内的微通道时通过感测流体密度的变化来测量化学浓度，包括燃料电池溶液的化学浓度，且美国公开专利申请No.2007/0157739教导了检测电势测量误差的能力，电势测量误差可归因于由基于MEMS的科里奥利微流体装置的谐振管所评估的流体中的第二相(诸如气泡)。
虽然对流体的质量流率、密度和各种其它性质呈现出很高的敏感性，但Tadigadapa等人所教导的类型的基于MEMS的科里奥利微流体装置的性能经受由谐振管到衬底上的附连所引起的机械损失。特别地，由于管的衬底到MEMS衬底上的锚定(附连)通过管移位而被施加应力，发生夹持损失。通过传播到MEMS衬底内的波，从管上损失了振动能量的一部分。虽然仅占振动能量的一部分，但夹持损失足以使得最佳性能需要相对较大的封装质量来消散机械能损失以及使谐振管与外部机械应力和振动隔离。因此，期望基于MEMS的科里奥利微流体装置的敏感性的进一步改进来完全实现这些装置的能力。
发明简要概述
本发明提供了一种微机电系统(MEMS)装置和用于操作该装置以确定流体的至少一种性质的方法。本发明通过最小化可归因于谐振管到衬底的附连的夹持损失而提供了改进装置性能的能力。
根据本发明的第一方面，MEMS装置包括衬底上的结构。该结构包括基部和管，管从基部延伸且与衬底的表面间隔开，以便能在垂直于衬底的该表面的平面中进行振动运动。管包括连续内部通路，流体地连接到基部上的内部通路的流体入口和流体出口，以及相对于基部的远端部分。悬臂构件附连到管的远端部分上，且构造成以便相对于远端部分且在垂直于衬底的该表面的平面中进行振动运动。至少一个驱动电极与悬臂构件和/或管的远端部分相邻地设置于衬底的该表面上，且可操作，以引起管和悬臂构件的振动运动。感测电极设置于衬底的该表面上，且适于在由驱动电极振动时感测管的偏转且产生对应于被感测的偏转的输出。最后，提供了用于根据该输出确定流动通过内部通路的流体的至少一种性质的器件。
根据本发明的第二方面，该方法需要操作MEMS装置来感测流体的至少一种性质。该方法包括操作至少一个驱动电极，以在流体流动通过管内的内部通路时引起管和悬臂构件的振动运动，使得悬臂构件的振动运动与管的振动运动不同相。操作感测电极，以感测管相对于衬底的偏转，且产生输出，该输出对应于被感测的偏转，且根据该输出来确定流体的至少一种性质。
根据本发明的优选方面，优选地选择悬臂构件的位置，以提高MEMS装置的性能。更特别地，悬臂构件优选地被构造成及用作管和管内流体的质量的配重，且悬臂构件的振动运动优选地与管的振动运动大约180度异相，从而最小化消散到衬底的机械(夹持)损失。可利用本发明的这方面来提高MEMS装置的敏感性，和/或允许使用比常规MEMS装置更廉价的封装过程和材料。此外，悬臂构件的存在和操作可潜在地允许施加到封装上的机械应力不利地影响该装置的性能。
通过下文的详细描述，本发明的其它目的和优点将得到更好理解。
附图简述
图1是根据本发明的第一实施例的微流体装置的平面图，其具有谐振微机械管、悬臂构件和在悬臂构件下方的驱动电极。
图2是根据本发明的第二实施例的、类似于图1的装置但在管下方具有驱动电极的微流体装置的平面图。
图3是根据本发明的第三实施例的、类似于图1和图2的装置但带有具有不同形状的管的微流体装置的微机械水平的平面图。
图4是根据本发明的第四实施例的微流体装置的微机械水平的平面图，该微流体装置类似于图3的装置但具有悬臂构件，该悬臂构件具有流体地耦联到管上的内部腔室。
图5是示出了彼此异相地振动的图1至图4的装置的管和悬臂构件的侧视图。
图6是根据本发明的第五实施例的、类似于图1至图5的装置但带有具有线性形状的管的微流体装置的平面图。
图7是示出了彼此异相地振动的图6的装置的管和悬臂构件的侧视图。
发明详细描述
图1至图7表示MEMS微流体装置10，其在构造和操作上类似于Tadigadapa等人所公开的MEMS微流体装置，但经过修改而呈现改进的操作特征。虽然将参考微流体装置10来论述本发明，但本发明的方面也适用于其它MEMS装置，包括运动传感器和RF-MEMS。
在图1至图7中，使用一致的参考标号来指示功能上等效的结构。每个装置10被表示为制作于衬底12上，衬底12可由硅、掺杂硅和其它半导体材料、石英、玻璃材料、陶瓷材料、金属材料、复合材料和能进行微机械加工的其它材料形成，其中金属材料包括钛、不锈钢和KOVAR
(可从Carpenter Technology Corporation(Carpenter技术公司)商购获得的镍钴铁合金)。管14自结合到衬底12上的基部16悬置，使得管14悬于衬底12的表面18上方。管14下方的衬底表面18被示为由整个管14下方的衬底12中的单个凹口限定，但表面18可以任何合适方式限定，以在管14与衬底12之间限定间隙。管14限定了连续内部通路20，流体可流动通过该连续内部通路20。在附图所示的实施例中，流体经由位于基部16中的入口22和出口24进入管14以及从管14出来。根据Tadigadapa等人，管14可以谐振或接近谐振来振动，以使用科里奥利力法则来确定流动通过管14的流体的质量流率和密度。可选择管14的形状和大小，以便为流体提供充分的流动能力且对于将利用装置10评估的预期流体具有合适的振动参数。
管14可具有多种形状，包括(但不限于)如图1和图2所示的大体C形构造，如图3和图4所示的大体U形构造，或者如图6所示的线性或平直形状。在每种情况下，管14具有附连到基部16上的近端部分14A和14B和离开基部16且在近端部分14A与14B之间的中间的远端部分14C。在图1和图2中，管14从基部16悬置，基部16在管14的近端部分14A与14B之间，近端部分14A与14B同轴，且远端部分14C平行于近端部分14A与14B。在图3和图4中，管14同样从基部16悬置，但管14的近端部分14A和14B从基部16平行地延伸，且远端部分14C垂直于近端部分14A和14B。在图6中，管14并非悬置，而是替代地位于基部16的间隔开的部分16A与16B之间，且由于管14的线性形状，管14的近端部分14A、14B和远端部分14C同轴。其它管形状(更简单的形状和更复杂的形状两种情况)也在本发明的范围内。
管14、基部16和内部通路20优选地通过微机械加工形成，微机械加工是已知的且在本发明中用于指通过对衬底(例如，硅晶片)进行体蚀刻或者通过表面薄膜蚀刻形成很小的元件的技术，其中后者(表面薄膜蚀刻)大体上涉及在衬底表面上的牺牲层(例如，氧化物层)上沉积薄膜(例如，多晶硅或金属)且然后选择性地移除牺牲层的部分以释放所沉积的薄膜。管14和基部16可或者完全由沉积于衬底12上的选定材料的层制成，或者部分地通过蚀刻衬底12而制成。由于采用微机械加工技术来制作管14，管14的大小可极小，诸如大约0.5mm的长度和大约250μm2的截面积，且更小的管和更大的管也在本发明的范围内。用于使用微机械加工技术来制作谐振质量流量和密度传感器的特别合适的构造和过程在Tadigadapa等人的共同转让的美国专利No.6,477,901、Sparks的共同转让的美国专利No.6647778、以及Sparks等人的共同转让美国专利No.7,381,628中公开，这些专利的涉及微机械加工过程的公开内容以引用的方式结合到本文中。由于其微型大小，图1至图7所示的微机械管14可用于很准确地确定流动通过管14的流体的质量流率，密度和/或比重。因此，装置10适用于在很多种这样的应用中使用：其中准确度和精确度较为重要，诸如化学浓度应用，包括(但不限于)药物注入系统，燃料电池系统以及药物与化学品混合系统。也可使用科里奥利力法则来确定流动通过管14的流体的体积流率、粘度、润滑性和其它性质。
如在Tadigadapa等人(的专利)中，管14在垂直于衬底12的表面18的方向中振动，优选地以其谐振频率或接近其谐振频率而振动。在其中管14向上行进的振动循环的一半期间，随着流体穿过管行进，管14具有向上动量，通过近端部分14A进入管14的流体通过在最靠近流体入口22的管14的腿上向下推动来抵抗管14的竖直向上运动，且穿过近端部分14B从管14出来的流体通过在最靠近流体出口24的管14的腿上向上推动来抵抗，使其向上竖直运动(从管14得到)减小。所得到的力使管14绕其对称轴线36扭转。在图1至图4中，对称轴线36从基部16延伸到管14的远端部分14C，而在图6中，对称轴线36沿着管14的轴线、在基部16的部分16A与部分16B之间。随着管14在其振动循环的第二半期间向下运动，管14在相反方向上扭转。这种扭转特征被称作科里奥利效应，且在振动循环期间由于科里奥利效应所引起的管14偏转所达到的程度可与流动通过管14的流体的质量流率相关，而流体的密度与谐振时的振动频率成比例。
尽管是MEMS装置10所用的操作与感测技术必需的，管14的扭转运动向管14与基部16之间的附连施加机械应力，导致夹持损失，必须向衬底12和装置10封闭在其中的任何额外封装消散这种夹持损失。本发明的所希望的方面预期通过包括额外的质量来减小这些损失，该额外的质量通过柔性附连而附连到管14上，以使得该质量能够与管14异相地振动。在附图中，这种质量由悬臂构件30表示，其从管14的远端部分14C且更特定而言在管14的对称轴线36(由于科里奥利效应，管14绕该对称轴线36扭转)处大致垂直地突出。构件30在图1至图4中示出为设置在由管14和基部16限定并包围的开口内，但同样在本发明的范围内的是：构件30可向管14外部突出。构件30限定枢转轴线32，该构件30相对于管14的远端部分14C绕着枢转轴线32枢转。构件30有效地成为管14与流动通过管14的任何流体的组合质量的配重。通过将构件30构造和附连成使其振动与管14相反(换言之，构件30与管14大约180度异相而振动)，构件30的振动运动充分地削弱管14的振动运动，以减小消散到衬底12的机械(夹持)损失。
在图1至图4和图6中的每个图中，悬臂构件30被构造成当从上方观察时具有矩形形状，但其它形状也在本发明的范围内。附图还示出构件30经由枢转臂34附连到管14上，枢转臂34相对于构件30具有减小的截面，以便集中与管14相邻的构件30的挠曲。但可预见到如果附连点和/或构件30构造为足够柔性，构件30可直接附连到管14上。如从图5显而易见的(其描绘了振动循环的一半，其中随着管14的远端部分14C相对于基部16向上枢转，图1至图4的管14向上行进)，构件30相对于远端部分14C向下枢转。在管14的振动循环的第二半期间发生相反运动。在图7中(其描绘了其中管14向上行进的振动循环的一半)，管14的远端部分14C相对于近端部分14A与14B向上偏转。在管14的振动循环的第二半期间发生相反运动。
上述异相振动模式中的每种模式具有减小机械损失的能力，机械损失必须消散至衬底12。随着管14与构件30的质量变得更接近，使机械损失最小化的能力改进，且认为在管14与构件30的质量大约相等时出现最佳结果。因而构件30的大小和形状将部分地取决于管构造，以及流动通过装置10的特定流体的密度。管14与构件30的谐振频率受到其机械设计(形状、大小、质量、构造和材料)的影响，对于使用(例如)已知有限元模型的特定应用，机械设计可得到优化。对于许多应用，合适的谐振频率将大体上在大约1kHz至大约150kHz的范围中。
管14与构件30的振动的相对振幅也将由其相应的机械设计决定，同时可通过用于使管14和构件30振动的器件来整体地调整振幅。为此，图1至图4和图6示出驱动电极26位于衬底12的表面18上、在悬臂构件30或管14的远端部分14C的下方。在图1、图3、图4和图6中，驱动电极26位于构件30的正下方，而在图2中，驱动电极26位于管14的远端部分14C的正下方。在前一种情况下，在构件30中直接引起振动起到在管14中间接地引起振动的作用，且在后一种情况下，在管14中直接引起振动会间接地在构件30中引起振动。将驱动电极26放置于悬臂构件30与管14的远端部分14C下方也在本发明的范围内。
如果由导电材料形成，诸如掺杂硅，则管14可充当电极，其可以电容的方式耦联到驱动电极26上，以使电极26能够以静电的方式驱动管14。但可预见到管14可由非导电材料形成，且形成于管14上的单独电极朝向电极26，以便以静电的方式使管14振动。在图3中示出的备选驱动技术是在管14的上表面上提供膜40，以便以电磁或压电的方式使管14振动(为了方便起见，图3表示装置10的仅微机械水平的平面图，且省略了衬底12和装置10的金属化水平)。举例而言，由磁性材料形成膜40使得能够由位于管14上方的电磁体(未图示)以电磁方式驱动管14。或者，膜40可形成为压电元件，以在管14的平面中生成交变力，其使管14在垂直于该管14的平面的方向中挠曲。其它备选驱动技术包括热、压阻、光学和其它促动技术。
附图还示出感测电极28布置成至少两对28A-D，以感测管14相对于衬底12的偏转，以及向驱动电极26提供反馈，以使得能利用任何合适的芯片上或远程微处理器或微控制器42来控制振动频率。感测电极28可以电容方式、静电方式、电磁方式、压电方式、压阻方式、热方式、光学方式或者能够感测管14的接近或运动的任何其它合适方式来感测管14的接近或运动。而且，在振动循环期间由于科里奥利效应所引起的管14扭转所达到的程度，可由感测电极28基于偏转振幅和/或最靠近每个电极28A、28B、28C和28D的管14的相应侧部(腿)之间的相位差进行检测。可沿着衬底12的边缘通过结合垫44做出对电极26和28(和图3的磁性/压电膜40)的输入信号和输出信号，且利用适当信号调节电路46(如在图1至图4和图6中示意性地表示的)传输到微控制器42。接地接触件48被示为形成于与用来形成电极26和28以及结合垫44的金属层相同的金属层中，且通过其对管基部16提供电接地，以使得管14或形成于管14上的电极能够以电容的方式耦联至驱动电极26。
尽管在图1至图3和图5至图7中表示为实心的，构件30还可为中空的，以包含密封的气体或真空腔室。包括中空腔室使得能使用更大的构件30来增加可由驱动电极26施加的静电力，以使管14振动而进入谐振。或者，图4表示了这样的实施例：其中，构件30制作为具有内部腔室38，管14内的流体可进入构件30而进入内部腔室38中，结果使得构件30的质量受到待评估流体的影响。(类似于图3，图4表示装置10的仅微机械水平的平面图且省略了衬底12和装置10的金属化水平)。以此方式，当评估相对较低密度的流体(包括气体)时，构件30的振动质量较小，且当评估相对较致密的流体时构件30的振动质量较大。通过构件30的各种流体路径也是可行的，包括不具有停滞节段的流动路径。
可通过监视流体的温度来改进装置10做出的测量准确性。为此，装置10表示为配备了温度感测元件50。感测元件50的合适构造可使用形成电极26和28和其相关联的导电槽(runner)所采用的类型的一个或多个金属层。举例而言，根据已知的实践，基于电阻的温度感测元件50可由金、铂、钯、铬、镍或另外的金属或合金的薄膜金属层形成。对于温度感测元件50，可利用信号调节电路46补偿可归因于温度变化的管14的机械性质和其中的流体的性质的变化。
可由封顶晶片(未图示)封闭图1至图7的MEMS装置10以形成感测封装。封顶晶片的使用允许真空封装，其减小了管振动的空气阻尼。对于真空封装装置，存在多种封装和晶片级方法。这些方法包括钎焊或焊接密封封装，以及使用玻璃粉、焊料、共晶合金、粘合剂和阳极结合进行的晶片结合。硅是用于封顶晶片的合适材料的特定实例，其具有允许使用硅对硅结合技术的优点，但也能预见到可使用多种其它材料，包括金属和玻璃材料，后者包括硼硅玻璃(例如，Pyrex)。值得注意的是，由本发明使得其可能的减小的机械损失，可使装置10能够以更廉价的塑料封装来进行封装和/或覆层模制(overmolded)。减小的机械损失还提供了传感器封装能够耐受更大机械应力而不会不利地影响装置10的性能的可能性。
在本发明的优选实施例中，封顶晶片与衬底12之间的结合是密闭的，且所形成的封壳被排空，以使得能够以高品质(Q)系数值来高效地驱动管14而不会有阻尼。在这种实施例中，吸气材料优选地放置于封壳中以辅助减小和维持低的腔体压力。作为密闭地密封的封装的备选方案，管14可被封闭，使得可在需要时通过使用泵来抽真空。
如果采用磁性或压电促动方案来驱动管14(如图3中所表示)，则装置10可在管14与衬底12之间有较大间隙的情况下操作，且可能充分地减小管14的挤压膜阻尼以排除对装置10的真空封装的需要。
虽然已关于某些实施例描述了本发明，但显然也可由本领域技术人员采用其它形式。因此，本发明的范围将仅受所附的权利要求书限制。
Claims (25)
1.一种用于确定流体的至少一种性质的MEMS装置(10)，所述装置(10)包括：
衬底(12)；
在所述衬底(12)上的结构，所述结构包括基部(16)和管(14)，所述管(14)从所述基部(16)延伸且与所述衬底(12)的表面(18)间隔开，以便能在垂直于所述衬底(12)的表面(18)的平面中进行振动运动，所述管(14)包括连续内部通路(20)，流体地连接到所述基部(16)的所述内部通路(20)的流体入口(22)和流体出口(24)，以及相对于所述基部(16)的远端部分(14C)；
悬臂构件(30)，所述悬臂构件(30)附连到所述管(14)的远端部分(14C)上，并且构造成以便相对于所述远端部分(14C)且在垂直于所述衬底(12)的表面(18)的平面中进行振动运动；
在所述衬底(12)的表面(18)上的至少一个驱动电极(26)，邻近所述悬臂构件(30)和所述管(14)的远端部分(14C)中的至少一个，且可操作以引起所述管(14)和所述悬臂构件(30)的振动运动；
在所述衬底(12)的表面(18)上的感测电极(28)，所述感测电极(28)适于在由所述至少一个驱动电极(26)振动时感测所述管(14)的偏转，且产生对应于该被感测的偏转的输出；以及，
用于根据所述感测电极(28)的输出来确定流动通过所述内部通路(20)的流体的至少一种性质的器件(42)。
2.根据权利要求1所述的MEMS装置(10)，其特征在于，所述悬臂构件(30)包括在所述悬臂构件(30)与所述管(14)的远端部分(14C)之间的减小的节段(32)，且所述管(14)、所述悬臂构件(30)和所述减小的节段(32)被构造成使得在所述悬臂构件(30)振动运动期间的挠曲集中在所述减小的节段(32)中。
3.根据权利要求1或2所述的MEMS装置(10)，其特征在于，所述管(14)和所述悬臂构件(30)被构造成使得所述悬臂构件(30)的振动运动与所述管(14)的振动运动大约180度异相。
4.根据权利要求1或2所述的MEMS装置(10)，其特征在于，所述悬臂构件(30)和所述管(14)具有大约相等的质量。
5.根据权利要求1或2所述的MEMS装置(10)，其特征在于，所述悬臂构件(30)的振动运动削弱所述管(14)的振动运动，以最小化消散到所述衬底(12)的夹持损失。
6.根据权利要求1或2所述的MEMS装置(10)，其特征在于，所述至少一个驱动电极(26)设置于所述悬臂构件(30)下方、所述衬底(12)的表面(18)上，且适于直接引起所述悬臂构件(30)的振动运动且间接地引起所述管(14)的振动运动。
7.根据权利要求1或2所述的MEMS装置(10)，其特征在于，所述至少一个驱动电极(26)设置于所述管(14)的远端部分(14C)下方、所述衬底(12)的表面(18)上，且适于直接引起所述管(14)的振动运动且间接地引起所述悬臂构件(30)的振动运动。
8.根据权利要求1或2所述的MEMS装置(10)，其特征在于，所述至少一个驱动电极(26)可操作，以便以静电方式、电磁方式、压电方式、热方式或光学方式引起所述管(14)和所述悬臂构件(30)的振动运动。
9.根据权利要求1或2所述的MEMS装置(10)，其特征在于，还包括在所述悬臂构件(30)或所述管(14)的远端部分(14C)上的膜(40)，以用于与所述至少一个驱动电极(26)以电磁的方式或压电的方式耦联，以便以电磁或压电方式引起所述管(14)和所述悬臂构件(30)的振动运动。
10.根据权利要求9所述的MEMS装置(10)，其特征在于，在所述管(14)与所述衬底(12)之间存在足够大的间隙，以减小所述管(14)的挤压膜阻尼，且所述管(14)并不封闭于真空封装中。
11.根据权利要求1或2所述的MEMS装置(10)，其特征在于，所述管(14)具有选自由U形、C形和线性组成的组的形状。
12.根据权利要求1或2所述的MEMS装置(10)，其特征在于，所述管(14)具有U形或C形，所述管(14)的相对地设置的端部(14A、14B)附连到所述基部(16)，且所述管(14)的远端部分(14C)在所述管(14)的所述端部(14A，14B)之间的中间，且所述悬臂构件(30)从所述管(14)的远端部分(14C)垂直地延伸。
13.根据权利要求12所述的MEMS装置(10)，其特征在于，所述基部(16)和所述管(14)限定并包围开口，所述悬臂构件(30)设置在该开口中。
14.根据权利要求1或2所述的MEMS装置(10)，其特征在于，所述管(14)具有线性形状，所述管(14)的相对地设置的端部(14A，14B)附连到所述基部(16)的间隔开的部分(16A，16B)上，所述管(14)的远端部分(14C)在所述管(14)的所述端部(14A，14B)之间的中间，且所述悬臂构件(30)从所述管(14)的远端部分(14C)垂直地延伸。
15.根据权利要求1或2所述的MEMS装置(10)，其特征在于，所述悬臂构件(30)包括内部腔室(38)。
16.根据权利要求15所述的MEMS装置(10)，其特征在于，所述内部腔室(38)流体耦联至所述管(14)的内部通路(20)。
17.根据权利要求1或2所述的MEMS装置(10)，其特征在于，所述MEMS装置(10)安装于选自由以下系统组成的组的系统中：化学浓度传感器、燃料输送/处置系统、燃料电池系统和药物输送系统。
18.一种操作权利要求1至17中的任一项的MEMS装置(10)以感测流体的至少一种性质的方法，所述方法包括：
操作所述至少一个驱动电极(26)，以在所述流体流动通过所述管(14)内的所述内部通路(20)时引起所述管(14)和所述悬臂构件(30)的振动运动，使得所述悬臂构件(30)的振动运动与所述管(14)的振动运动不同相；
操作所述感测电极(28)，以感测所述管(14)相对于所述衬底(12)的偏转；
产生对应于被感测的偏转的输出；以及，
根据所述输出确定所述流体的至少一种性质。
19.根据权利要求18所述的方法，其特征在于，所述悬臂构件(30)的振动运动与所述管(14)的振动运动大约180度异相。
20.根据权利要求18或19所述的方法，其特征在于，所述至少一个驱动电极(26)设置于所述悬臂构件(30)下方、所述衬底(12)的表面(18)上，直接引起所述悬臂构件(30)的振动运动，且间接地引起所述管(14)的振动运动。
21.根据权利要求18或19所述的方法，其特征在于，所述至少一个驱动电极(26)设置于所述管(14)的远端部分(14C)下方、所述衬底(12)的表面(18)上，直接引起所述管(14)的振动运动，且间接地引起所述悬臂构件(30)的振动运动。
22.根据权利要求18或19所述的方法，其特征在于，所述至少一个驱动电极(26)以静电方式、电磁方式、压电方式、热方式或光学方式引起所述管(14)和所述悬臂构件(30)的振动运动。
23.根据权利要求18或19所述的方法，其特征在于，所述至少一个驱动电极(26)与所述悬臂构件(30)或所述管(14)的远端部分(14C)上的磁性膜(40)以电磁的方式耦联，以便以电磁的方式引起所述管(14)和所述悬臂构件(30)的振动运动。
24.根据权利要求18或19所述的方法，其特征在于，所述悬臂构件(30)包括流体地耦联至所述管(14)的所述内部通路(20)的内部腔室(38)，且在所述流体流动通过所述管(14)的所述内部通路(20)时，所述流体的至少一部分流入到所述内部腔室(38)内且然后从所述内部腔室(38)流出。
25.根据权利要求18或19所述的方法，其特征在于，流体的所述至少一种性质选自由以下性质组成的组，流体的质量流率、密度、比重、体积流率、化学浓度、粘度和润滑性。
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