CN106644205A - 一种基于mems在线式微波功率传感器结构的压力传感器 - Google Patents

一种基于mems在线式微波功率传感器结构的压力传感器 Download PDF

Info

Publication number
CN106644205A
CN106644205A CN201710028055.7A CN201710028055A CN106644205A CN 106644205 A CN106644205 A CN 106644205A CN 201710028055 A CN201710028055 A CN 201710028055A CN 106644205 A CN106644205 A CN 106644205A
Authority
CN
China
Prior art keywords
planar waveguide
mems
ground wire
total
microwave power
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201710028055.7A
Other languages
English (en)
Other versions
CN106644205B (zh
Inventor
韩磊
于洋
肖申
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Southeast University
Original Assignee
Southeast University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Southeast University filed Critical Southeast University
Priority to CN201710028055.7A priority Critical patent/CN106644205B/zh
Publication of CN106644205A publication Critical patent/CN106644205A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN106644205B publication Critical patent/CN106644205B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L1/00—Measuring force or stress, in general
    • G01L1/25—Measuring force or stress, in general using wave or particle radiation, e.g. X-rays, microwaves, neutrons
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L11/00—Measuring steady or quasi-steady pressure of a fluid or a fluent solid material by means not provided for in group G01L7/00 or G01L9/00

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • Measuring Fluid Pressure (AREA)

Abstract

本发明提供了一种基于MEMS(微机电系统)在线式微波功率传感器结构的压力传感器，该压力传感器包括感知压力的腔体薄膜(1)和在线式微波功率传感器结构(2)；其中，在线式微波功率传感器结构(2)包括MEMS膜桥(2c)、第一终端式微波功率传感器结构(2a)、与第一终端式微波功率传感器结构(2a)沿MEMS膜桥(2c)中心线对称设置的第二终端式微波功率传感器结构(2b)、设置在腔体薄膜(1)上表面且设置在MEMS膜桥(2c)下方的总共面波导信号线(2d1)、总共面波导地线(2d2)和总共面波导地线(2d3)。该发明可以实现压力的测量。

Description

一种基于MEMS在线式微波功率传感器结构的压力传感器
技术领域
本发明是一种基于MEMS在线式微波功率传感器结构的压力传感器，属于微电子器件技术领域。
背景技术
压力传感器是工业实践中最为常用的一种传感器，其广泛应用于各种工业自控环境，涉及水利水电、铁路交通、智能建筑、生产自控、航空航天、军工、石化、油井、电力、船舶、机床、管道等众多行业。近年来，压力传感器的发展越来越趋向于微型化。微压力传感器是采用半导体材料和MEMS工艺制造的新型压力传感器。与传统压力传感器比拟，微压力传感用具有精度高、敏捷度高、动态特性好、体积小、耐侵蚀、成本低等长处。近年来，我国物联网取得了长足发展，而传感器作为物联网中的必要组成部分，也必将得到进一步推广和应用，在这样的形势下，开展压力传感器产业化方面的工作是非常有意义的。
因此，本发明是基于MEMS在线式微波功率传感器结构的压力传感器，当压力发生变化时，造成腔体薄膜发生形变，导致在线式微波功率传感器结构的共面波导信号线与MEMS膜桥之间的距离发生改变，从而使得耦合电容发生变化，这会使得耦合出的微波功率发生变化，进而使得热电堆输出的热电势发生改变，从而实现压力的测量。相比而言，基于MEMS在线式微波功率传感器结构的压力传感器具有以下主要特点：一、MEMS在线式微波功率传感器的耦合电容结构对薄膜形变更加敏感，且耦合电容的改变对耦合度影响很大，因此可以提高灵敏度；二、该压力传感器为电压输出，相较于传统压力传感器的电容或电阻变化量的输出更易于测量；三、该压力传感器结构简单、体积小、且消耗的功率低，可以实现高可靠、微型化和低功耗的应用需求；四、该压力传感器的制作无需特殊的材料并且与Si或GaAs工艺完全兼容。
基于以上MEMS在线式微波功率传感器结构的压力传感器特点，很明显的可以看出本发明与传统的压力传感器相比提高了灵敏度，输出测量更加简易，并具有结构简单、体积小、功耗低的特点。本发明结构与Si或GaAs工艺兼容，具有高重复性、低生产成本等优点，很好的满足了集成电路对器件的基本要求。因此，基于MEMS在线式微波功率传感器结构的压力传感器具有较好的应用价值和广阔的市场潜力。
发明内容
技术问题：本发明的目的是提供一种基于MEMS在线式微波功率传感器结构的压力传感器，该压力传感器利用腔体薄膜感应压力的变化，通过压力变化时腔体薄膜发生形变，导致在线式微波功率传感器结构的共面波导信号线与MEMS膜桥之间的距离发生改变，从而使得耦合电容发生变化，这会使得耦合出的微波功率发生变化，进而使得热电堆输出的热电势发生改变，从而实现压力的测量。采用该结构可以实现高灵敏度、电压输出和低功耗，并且能与Si或GaAs工艺相兼容，解决在材料、工艺、可靠性、可重复性和生产成本等诸多方面的问题，从而为实现基于MEMS在线式微波功率传感器结构的压力传感器在工业自控领域中的产业化应用提供了支持和保证。
技术方案：为解决上述技术问题，本发明提供了一种基于MEMS在线式微波功率传感器结构的压力传感器，该压力传感器包括感知压力的腔体薄膜和设置在腔体薄膜上表面的在线式微波功率传感器结构；其中，
在线式微波功率传感器结构包括MEMS膜桥、第一终端式微波功率传感器结构、与第一终端式微波功率传感器结构沿MEMS膜桥中心线对称设置的第二终端式微波功率传感器结构、设置在腔体薄膜上表面且设置在MEMS膜桥下方的总共面波导信号线、总共面波导地线和总共面波导地线；MEMS膜桥跨接在第一终端式微波功率传感器结构和第二终端式微波功率传感器结构之间；
第一终端式微波功率传感器结构包括第一共面波导信号线、第一共面波导地线、第二共面波导地线、第一电阻、第二电阻和第一热电堆；第一共面波导地线和第二共面波导地线分别设置在第一共面波导信号线两侧且相距一定距离；第一电阻布置在第一共面波导信号线和第一共面波导地线之间，第二电阻布置在第一共面波导信号线和第二共面波导地线之间，第一热电堆设置在第一共面波导信号线相对的位置且与其相距一定距离；
第二终端式微波功率传感器结构包括第二共面波导信号线、第三共面波导地线、第四共面波导地线、第三电阻、第四电阻和第二热电堆；第三共面波导地线和第四共面波导地线分别设置在第二共面波导信号线两侧且相距一定距离；第三电阻布置在第二共面波导信号线和第三共面波导地线之间，第四电阻布置在第二共面波导信号线和第四共面波导地线之间，第二热电堆设置在第二共面波导信号线相对的位置且与其相距一定距离；
总共面波导信号线和MEMS膜桥构成耦合电容结构。
当压力发生变化时，造成腔体薄膜发生形变，使总共面波导信号线与MEMS膜桥之间的距离发生改变，从而使得总共面波导信号线和MEMS膜桥构成的耦合电容发生变化。
有益效果：该压力传感器结构简单，整个传感器通过微电子加工工艺，结构尺寸的精度可以达到较高水平，体积大幅缩小，有利于实现传感器的小型化；该压力传感器选用腔体薄膜来感应压力的变化，通过耦合电容的变化实现压力测量，灵敏度高。
近年来，压力传感器的发展越来越趋向于微型化，本发明是基于MEMS在线式微波功率传感器结构的压力传感器，当腔体薄膜所受压力发生变化时，腔体薄膜发生形变，导致在线式微波功率传感器结构的共面波导信号线与MEMS膜桥之间的距离发生改变，从而使得耦合电容发生变化，这会使得耦合出的微波功率发生变化，进而使得热电堆输出的热电势发生改变，从而实现压力的测量。该压力传感器具有高的灵敏度，且通过电压输出易于测量，极大拓展了压力传感器的实际适用性。同时，基于MEMS在线式微波功率传感器结构的压力传感器具有结构简单、体积小、功耗低、可靠性高等诸多优点。
附图说明
图1是基于MEMS在线式微波功率传感器结构的压力传感器俯视图。
其中有：腔体薄膜1、在线式微波功率传感器结构2、MEMS膜桥2c、第一终端式微波功率传感器结构2a、第一共面波导信号线2a1、第一共面波导地线2a2、第二共面波导地线2a3、第一电阻2a4、第二电阻2a5、第一热电堆2a6、第二终端式微波功率传感器结构2b、第二共面波导信号线2b1、第三共面波导地线2b2、第四共面波导地线2b3、第三电阻2b4、第四电阻2b5、第二热电堆2b6、总共面波导信号线2d1、总共面波导地线2d2和总共面波导地线2d3。
图2是基于MEMS在线式微波功率传感器结构的压力传感器剖面图。
其中有：腔体薄膜1、MEMS膜桥2c、总共面波导信号线2d1、和腔体3。
图3是基于MEMS在线式微波功率传感器结构的压力传感器剖面图。
其中有：腔体薄膜1、MEMS膜桥2c、总共面波导信号线2d1、总共面波导地线2d2、总共面波导地线2d3、第一共面波导信号线2a1、第二共面波导信号线2b1、第一热电堆2a6、第二热电堆2b6和腔体3。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步说明。
参见图1，本发明提供了一种基于MEMS在线式微波功率传感器结构的压力传感器，该压力传感器包括感知压力的腔体薄膜1和设置在腔体薄膜1上表面的在线式微波功率传感器结构2；其中，
在线式微波功率传感器结构2包括MEMS膜桥2c、第一终端式微波功率传感器结构2a、与第一终端式微波功率传感器结构2a沿MEMS膜桥2c中心线对称设置的第二终端式微波功率传感器结构2b、设置在腔体薄膜1上表面且设置在MEMS膜桥2c下方的总共面波导信号线2d1、总共面波导地线2d2和总共面波导地线2d3；MEMS膜桥2c跨接在第一终端式微波功率传感器结构2a和第二终端式微波功率传感器结构2b之间；
第一终端式微波功率传感器结构2a包括第一共面波导信号线2a1、第一共面波导地线2a2、第二共面波导地线2a3、第一电阻2a4、第二电阻2a5和第一热电堆2a6；第一共面波导地线2a2和第二共面波导地线2a3分别设置在第一共面波导信号线2a1两侧且相距一定距离；第一电阻2a4布置在第一共面波导信号线2a1和第一共面波导地线2a2之间，第二电阻2a5布置在第一共面波导信号线2a1和第二共面波导地线2a3之间，第一热电堆2a6设置在第一共面波导信号线2a1相对的位置且与其相距一定距离；
第二终端式微波功率传感器结构2b包括第二共面波导信号线2b1、第三共面波导地线2b2、第四共面波导地线2b3、第三电阻2b4、第四电阻2b5和第二热电堆2b6；第三共面波导地线2b2和第四共面波导地线2b3分别设置在第二共面波导信号线2b1两侧且相距一定距离；第三电阻2b4布置在第二共面波导信号线2b1和第三共面波导地线2b2之间，第四电阻2b5布置在第二共面波导信号线2b1和第四共面波导地线2b3之间，第二热电堆2b6设置在第二共面波导信号线2b1相对的位置且与其相距一定距离；
总共面波导信号线2d1和MEMS膜桥2c构成耦合电容结构。
当压力发生变化时，造成腔体薄膜1发生形变，使总共面波导信号线2d1与MEMS膜桥2c之间的距离发生改变，从而使得总共面波导信号线2d1和MEMS膜桥2c构成的耦合电容发生变化。
在线式微波功率传感器结构2是在总共面波导信号线2d1上放置一个MEMS膜桥2c，共面波导信号线2d1和MEMS膜桥2c构成耦合电容，该耦合电容耦合出共面波导信号线2d1上的一部分微波功率，耦合出的微波功率会在两端的第一终端式微波功率传感器2a和第二终端式微波功率传感器2b的第一电阻2a4、第二电阻2a5、第三电阻2b4、第四电阻2b5上被消耗并产生热量，造成第一电阻2a4、第二电阻2a5、第三电阻2b4、第四电阻2b5周围的温度变化，第一热电堆2a6、第二热电堆2b6感应这种温度变化并输出热电势，通过对输出热电势加以测量，从而得出微波功率的大小；该在线式微波功率传感器结构2放置在感知压力的腔体薄膜1上，当压力发生变化时，造成腔体薄膜1发生形变，导致在线式微波功率传感器结构2的总共面波导信号线2d1与MEMS膜桥2c之间的距离发生改变，从而使得耦合电容发生变化，这会使得耦合出的微波功率发生变化，进而使得第一热电堆2a6、第二热电堆2b6输出的热电势发生改变，从而实现压力的测量。
本发明中基于MEMS在线式微波功率传感器结构的压力传感器不同于传统的压力传感器，该压力传感器具有以下主要特点：一、MEMS在线式微波功率传感器的耦合电容结构对薄膜形变更加敏感，且耦合电容的改变对耦合度影响很大，因此可以提高灵敏度；二、该压力传感器为电压输出，相较于传统压力传感器的电容或电阻变化量的输出更易于测量；三、该压力传感器结构简单、体积小、且消耗的功率低，可以实现高可靠、微型化和低功耗的应用需求；四、该压力传感器的制作无需特殊的材料并且与Si或GaAs工艺完全兼容。
区分是否为该结构的标准如下：
(a)采用MEMS在线式微波功率传感器结构，
(b)采用腔体薄膜感应压力变化，
(c)采用耦合电容结构感应腔体薄膜的形变。
满足以上三个条件的结构即应视为该结构的压力传感器。
以上所述仅为本发明的较佳实施方式，本发明的保护范围并不以上述实施方式为限，但凡本领域普通技术人员根据本发明所揭示内容所作的等效修饰或变化，皆应纳入权利要求书中记载的保护范围内。

Claims (1)

1.一种基于MEMS在线式微波功率传感器结构的压力传感器，该压力传感器包括感知压力的腔体薄膜(1)和设置在腔体薄膜(1)上表面的在线式微波功率传感器结构(2)；其中，
在线式微波功率传感器结构(2)包括MEMS膜桥(2c)、第一终端式微波功率传感器结构(2a)、与第一终端式微波功率传感器结构(2a)沿MEMS膜桥(2c)中心线对称设置的第二终端式微波功率传感器结构(2b)、设置在腔体薄膜(1)上表面且设置在MEMS膜桥(2c)下方的总共面波导信号线(2d1)、总共面波导地线(2d2)和总共面波导地线(2d3)；MEMS膜桥(2c)跨接在第一终端式微波功率传感器结构(2a)和第二终端式微波功率传感器结构(2b)之间；
第一终端式微波功率传感器结构(2a)包括第一共面波导信号线(2a1)、第一共面波导地线(2a2)、第二共面波导地线(2a3)、第一电阻(2a4)、第二电阻(2a5)和第一热电堆(2a6)；第一共面波导地线(2a2)和第二共面波导地线(2a3)分别设置在第一共面波导信号线(2a1)两侧且相距一定距离；第一电阻(2a4)布置在第一共面波导信号线(2a1)和第一共面波导地线(2a2)之间，第二电阻(2a5)布置在第一共面波导信号线(2a1)和第二共面波导地线(2a3)之间，第一热电堆(2a6)设置在第一共面波导信号线(2a1)相对的位置且与其相距一定距离；
第二终端式微波功率传感器结构(2b)包括第二共面波导信号线(2b1)、第三共面波导地线(2b2)、第四共面波导地线(2b3)、第三电阻(2b4)、第四电阻(2b5)和第二热电堆(2b6)；第三共面波导地线(2b2)和第四共面波导地线(2b3)分别设置在第二共面波导信号线(2b1)两侧且相距一定距离；第三电阻(2b4)布置在第二共面波导信号线(2b1)和第三共面波导地线(2b2)之间，第四电阻(2b5)布置在第二共面波导信号线(2b1)和第四共面波导地线(2b3)之间，第二热电堆(2b6)设置在第二共面波导信号线(2b1)相对的位置且与其相距一定距离；
总共面波导信号线(2d1)和MEMS膜桥(2c)构成耦合电容结构；
当压力发生变化时，造成腔体薄膜(1)发生形变，使总共面波导信号线(2d1)与MEMS膜桥(2c)之间的距离发生改变，从而使得总共面波导信号线(2d1)和MEMS膜桥(2c)构成的耦合电容发生变化。
CN201710028055.7A 2017-01-12 2017-01-12 一种基于mems在线式微波功率传感器结构的压力传感器 Active CN106644205B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710028055.7A CN106644205B (zh) 2017-01-12 2017-01-12 一种基于mems在线式微波功率传感器结构的压力传感器

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710028055.7A CN106644205B (zh) 2017-01-12 2017-01-12 一种基于mems在线式微波功率传感器结构的压力传感器

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN106644205A true CN106644205A (zh) 2017-05-10
CN106644205B CN106644205B (zh) 2019-05-31

Family

ID=58843034

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201710028055.7A Active CN106644205B (zh) 2017-01-12 2017-01-12 一种基于mems在线式微波功率传感器结构的压力传感器

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN106644205B (zh)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107702827A (zh) * 2017-09-28 2018-02-16 东南大学 一种基于超材料结构的压力传感器
CN109052308A (zh) * 2018-07-23 2018-12-21 南京林业大学 一种基于mems电感的二维曲率传感器
CN109375096A (zh) * 2018-09-04 2019-02-22 东南大学 一种基于柔性基板弯曲条件下的rf mems静电驱动开关微波特性分析方法
CN112414609A (zh) * 2021-01-25 2021-02-26 南京高华科技股份有限公司 一种基于热电堆原理的压力传感器
WO2022254397A1 (en) * 2021-06-04 2022-12-08 Universita' Degli Studi Di Perugia Transducer for the measurement of the vibrations of a body, or of the pressures or forces acting on the body, and relative apparatus for measuring the vibrations, or pressures or forces

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN200962131Y (zh) * 2006-06-09 2007-10-17 东南大学 压阻式微波功率传感器
CN101915871A (zh) * 2010-07-12 2010-12-15 东南大学 Mems固支梁式在线微波功率传感器及其制备方法
CN103777066A (zh) * 2014-01-03 2014-05-07 南京邮电大学 一种微电子机械双通道微波功率检测系统及其制备方法
CN104655921A (zh) * 2015-02-16 2015-05-27 南京邮电大学 基于mems悬臂梁并联的微波功率检测系统及其制备方法
CN105004469A (zh) * 2015-06-09 2015-10-28 中北大学 一种微波散射原理的无源高温压力传感器与制备方法
CN105388320A (zh) * 2015-12-03 2016-03-09 东南大学 一种基于微机械耦合器和间接式功率传感器的风速计

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN200962131Y (zh) * 2006-06-09 2007-10-17 东南大学 压阻式微波功率传感器
CN101915871A (zh) * 2010-07-12 2010-12-15 东南大学 Mems固支梁式在线微波功率传感器及其制备方法
CN103777066A (zh) * 2014-01-03 2014-05-07 南京邮电大学 一种微电子机械双通道微波功率检测系统及其制备方法
CN104655921A (zh) * 2015-02-16 2015-05-27 南京邮电大学 基于mems悬臂梁并联的微波功率检测系统及其制备方法
CN105004469A (zh) * 2015-06-09 2015-10-28 中北大学 一种微波散射原理的无源高温压力传感器与制备方法
CN105388320A (zh) * 2015-12-03 2016-03-09 东南大学 一种基于微机械耦合器和间接式功率传感器的风速计

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107702827A (zh) * 2017-09-28 2018-02-16 东南大学 一种基于超材料结构的压力传感器
CN107702827B (zh) * 2017-09-28 2019-10-18 东南大学 一种基于超材料结构的压力传感器
CN109052308A (zh) * 2018-07-23 2018-12-21 南京林业大学 一种基于mems电感的二维曲率传感器
CN109375096A (zh) * 2018-09-04 2019-02-22 东南大学 一种基于柔性基板弯曲条件下的rf mems静电驱动开关微波特性分析方法
CN109375096B (zh) * 2018-09-04 2021-06-29 东南大学 一种基于柔性基板弯曲条件下的rf mems静电驱动开关微波特性分析方法
CN112414609A (zh) * 2021-01-25 2021-02-26 南京高华科技股份有限公司 一种基于热电堆原理的压力传感器
WO2022254397A1 (en) * 2021-06-04 2022-12-08 Universita' Degli Studi Di Perugia Transducer for the measurement of the vibrations of a body, or of the pressures or forces acting on the body, and relative apparatus for measuring the vibrations, or pressures or forces

Also Published As

Publication number Publication date
CN106644205B (zh) 2019-05-31

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN106644205A (zh) 一种基于mems在线式微波功率传感器结构的压力传感器
CN100460875C (zh) 十字架结构的二维风速风向传感器及其制备方法
US4407157A (en) Apparatus for measuring the diameter of a borehole
US10480974B2 (en) Composite MEMS flow sensor on silicon-on-insulator device and method of making the same
CN104535228B (zh) 一种无上下互连电极的lc无线无源压力传感器
CN106672894B (zh) 一种基于柔性基板mems开关结构的曲率传感器
CN103487474B (zh) 一种具有高灵敏度快速响应的mems电容式湿度传感器
CN106841319B (zh) 一种基于mems终端式微波功率传感器结构的湿度传感器
CN103471740B (zh) 一种电容式温度传感器
CN107607210A (zh) 一种基于超材料结构的温度传感器
CN207636232U (zh) 一种应变式压差传感器
CN206891622U (zh) 一种陶瓷电容压力传感器
CN106813814B (zh) 一种基于mems终端式微波功率传感器结构的压力传感器
KR100680173B1 (ko) 용량형 온도센서
CN106841315B (zh) 一种基于定向耦合器结构的mems湿度传感器
CN106199173A (zh) 基于悬臂梁级联结构的高精度微波功率检测系统及方法
CN109709386B (zh) 三通道微波功率传感器
CN112414609B (zh) 一种基于热电堆原理的压力传感器
CN106932636B (zh) 三指交错结构的电容式微波功率传感器
CN206420594U (zh) 压力传感器及电子装置
CN112504498B (zh) 一种环状结构温度传感器
CN103743947B (zh) 基于mems结构的线性电容式微波功率传感器
CN109917182B (zh) 基于石墨烯压阻效应的微波功率传感器
CN202853789U (zh) 一种测温传感器
CN203688659U (zh) 一种线性电容式微波功率传感器

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant