CN108362407A - 电容式压力传感器及压力测量电路 - Google Patents
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Abstract
本发明适用于传感器技术领域，提供了一种电容式压力传感器及压力测量电路，电容式压力传感器包括：设有一空腔的衬底、可动薄膜和叉指电容；可动薄膜设置在衬底的空腔的上部，可动薄膜与衬底固定连接；叉指电容包括固定电极和可动电极，固定电极设置在衬底上，可动电极设置可动薄膜上，固定电极与可动电极交叉且位于同一平面上。由于叉指电容的可动电极直接设置在可动薄膜上，当可动薄膜受到外界压力发生形变时，会使得可动电极的发生较大的形变量，造成可动电极相对于固定电极发生较大的位移，导致叉指电容的电容值发生较大变化，能够有效提高电容式压力传感器的测量灵敏度。
Description
技术领域
本发明属于MEMS技术领域，尤其涉及一种MEMS电容式压力传感器及压力测量电路。
背景技术
目前，MEMS压力传感器已广泛应用于各种工业领域中。传统的MEMS压力传感器中压阻式压力传感器应用最为广泛。压阻式压力传感器的空腔上方为可动敏感薄膜，可动敏感薄膜直接与锚区连接，压阻条位于可动敏感薄膜的四周边缘中心处。当可动敏感薄膜收到压力作用时，向下弯曲，使得压阻条电阻发生变化，从而测量压力的变化。但是由于压阻式压力传感器的可动敏感薄膜与锚区完全连接，可动敏感薄膜受到锚区的拉力，应力分散，造成压阻条电阻变化有限，传感器的灵敏度较低。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例提供了一种电容式压力传感器及压力测量电路，该传感器灵敏度较高解决现有技术中压阻式压力传感器的可动敏感薄膜直接与锚区完全连接，可动敏感薄膜受到锚区的拉力，应力分散，造成压阻条电阻变化有限，传感器的灵敏度较低的问题。
本发明实施例的第一方面提供了一种电容式压力传感器，包括：设有一空腔的衬底、可动薄膜和叉指电容；
所述可动薄膜设置在所述衬底的空腔的上部，所述可动薄膜与所述衬底固定连接；
所述叉指电容包括固定电极和可动电极，所述固定电极设置在所述衬底上，所述可动电极设置所述可动薄膜上。
进一步地，所述固定电极包括第一连接端以及与所述第一连接端一体成型的若干固定叉指，所述第一连接端与所述衬底固定连接。
进一步地，所述可动电极包括第二连接端以及与所述第二连接端一体成型的若干可动叉指，所述第二连接端与所述可动薄膜固定连接。
进一步地，所述空腔的形状为立方体或圆柱体。
进一步地，所述空腔的截面形状为梯形，且梯形的上底边长大于下底边长。
进一步地，所述固定电极的第一连接端与所述衬底连接部分设有绝缘层。
进一步地，所述衬底和所述可动薄膜的材料均为半导体材料。
本发明实施例的第二方面提供一种压力测量电路，包括上述的电容式压力传感器，以及电源模块和电感器；所述电容式压力传感器的叉指电容的一端与所述电感器的一端电连接，所述电源模块分别与所述叉指电容的另一端和所述电感器的另一端电连接。
本发明实施例与现有技术相比存在的有益效果是：本发明实施例提供的电容式压力传感器及压力测量电路，包括：设有一空腔的衬底、可动薄膜和叉指电容；可动薄膜设置在衬底的空腔的上部，可动薄膜与衬底固定连接；叉指电容包括固定电极和可动电极，固定电极设置在衬底上，可动电极设置可动薄膜上，固定电极与可动电极交叉且位于同一平面上。由于叉指电容的可动电极直接设置在可动薄膜上，当可动薄膜受到外界压力发生形变时，会使得可动电极的发生较大的形变量，造成可动电极相对于固定电极发生较大的位移，导致叉指电容的的电容值发生较大变化，能够有效提高电容式压力传感器的测量灵敏度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供一种电容式压力传感器的结构示意图的俯视图；
图2为本发明一个实施例提供的图1沿剖面线A-A的剖面示意图；
图3为本发明一个实施例提供的图1沿剖面线B-B的剖面示意图；
图4为本发明实施例提供的一种压力测量电路的结构示意图。
具体实施方式
以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本发明实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本发明。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本发明的描述。
本发明实施例的说明书和权利要求书中的技术术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。
为了说明本发明所述的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。
参考图1-3，图1为本发明实施例提供一种电容式压力传感器的结构示意图的俯视图，图2为图1沿剖面线A-A的剖面示意图，图3为图1沿剖面线B-B的剖面示意图，本发明实施例提供的电容式压力传感器包括：
设有一空腔104的衬底101、可动薄膜102和叉指电容103。其中，衬底101和可动薄膜102的材料为半导体材料，包括但不限于，硅、锗、砷化镓等。
可动薄膜102设置在衬底101的空腔104的上部，可动薄膜102与衬底101固定连接。其中，可动薄膜102的边缘固定在衬底101的顶部，可动薄膜102的中心位于衬底101的空腔104的上部。
叉指电容103包括固定电极1031和可动电极1032，固定电极1031设置在衬底101上，可动电极1032设置可动薄膜102上。其中，固定电极1031与可动电极1032交叉且位于同一平面上，固定电极1031与可动电极1032的叉指可依次交互排列。
电容式压力传感器的工作原理为：当有外界压力施加到可动薄膜上时，可动薄膜受到压力发生弯曲形变，进而造成与可动薄膜固定连接的叉指电容的可动电极发生位移，可动电极与叉指电容的固定电极发生相对位移，使得叉指电容的电容值发生白变化，然后根据预存的压力值与叉指电容的对应关系，可以确定外界压力的大小。
从上述实施例可知，本发明实施例提供的电容式压力传感器，包括设有一空腔的衬底、可动薄膜和叉指电容；可动薄膜设置在衬底的空腔的上部，可动薄膜与衬底固定连接；叉指电容包括固定电极和可动电极，固定电极设置在衬底上，可动电极设置可动薄膜上，固定电极与可动电极交叉且位于同一平面上。由于叉指电容的可动电极直接设置在可动薄膜上，当可动薄膜受到外界压力发生形变时，会使得可动电极的发生较大的形变量，造成可动电极相对于固定电极发生较大的位移，导致叉指电容的电容值发生较大变化，能够有效提高电容式压力传感器的测量灵敏度。
进一步地，参考图2和3，固定电极1031包括第一连接端10311以及与第一连接端10311一体成型的若干固定叉指10312，第一连接端10311与衬底101固定连接。
可动电极1032包括第二连接端10321以及与第二连接端10321一体成型的若干可动叉指10322，第二连接端10321与可动薄膜102固定连接。
通过设置多个与第一连接端一体成型的若干固定叉指以及与第二连接端一体成型的若干可动定叉指，可以增到叉指电容变形后电容值的变化量，已提高电容式压力传感器的灵敏度。
进一步地，空腔104的形状为立方体或圆柱体。
进一步地，空腔104的截面形状为梯形，且梯形的上底边长大于下底边长。
进一步地，固定电极1031的第一连接端10311与所述衬底101连接部分设有绝缘层。
参考图4，图4为本发明实施例提供的一种压力测量电路的结构示意图，该压力测量电路包括上述实施例的电容式压力传感器401，还包括：电源模块402和电感器403，其中，所述电容式压力传感器401的叉指电容103的一端与所述电感器403的一端电连接，所述电源模块402分别与所述叉指电容103的另一端和所述电感器403的另一端电连接。
电源模块可以是交流电输出。当电源模块输出的为交流信号，且交流信号的频率为f，电感器的电感值为L，则叉指电容的电容值为可以通过压力测量电路获取不同外界压力下发生形变的叉指电容的电容值。
因此，可以根据预先保存的压力值与叉指电容的对应关系，参考表1，可以获取不同叉指电容的电容值对应的外界压力的大小。
表1 预先保存的压力值与叉指电容的电容值的对应关系
| 叉指电容的电容值C | 外界压力P |
| C1 | P1 |
| C2 | P2 |
| … | … |
以上所述实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种电容式压力传感器，其特征在于，包括：设有一空腔的衬底、可动薄膜和叉指电容；
所述可动薄膜设置在所述衬底的空腔的上部，所述可动薄膜与所述衬底固定连接；
所述叉指电容包括固定电极和可动电极，所述固定电极设置在所述衬底上，所述可动电极设置所述可动薄膜上。
2.根据权利要求1所述的电容式压力传感器，其特征在于，所述固定电极包括第一连接端以及与所述第一连接端一体成型的若干固定叉指，所述第一连接端与所述衬底固定连接。
3.根据权利要求1所述的电感式压力传感器，其特征在于，所述可动电极包括第二连接端以及与所述第二连接端一体成型的若干可动叉指，所述第二连接端与所述可动薄膜固定连接。
4.根据权利要求1所述的电容式压力传感器，其特征在于，所述空腔的形状为立方体或圆柱体。
5.根据权利要求4所述的电容式压力传感器，其特征在于，所述空腔的截面形状为梯形，且梯形的上底边长大于下底边长。
6.根据权利要求2所述的电容式压力传感器，其特征在于，所述固定电极的第一连接端与所述衬底连接部分设有绝缘层。
7.根据权利要求1-6任一项所述的电容式压力传感器，其特征在于，所述衬底和所述可动薄膜的材料均为半导体材料。
8.一种压力测量电路，其特征在于，包括如权利要求1-7任一项所述的电容式压力传感器，以及电源模块和电感器；
所述电容式压力传感器与所述电感器的一端电连接，所述电源模块分别与所述电容式压力传感器的另一端和所述电感器的另一端电连接。
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