CN108508264A - 功率传感器 - Google Patents

功率传感器 Download PDF

Info

Publication number
CN108508264A
CN108508264A CN201710891479.6A CN201710891479A CN108508264A CN 108508264 A CN108508264 A CN 108508264A CN 201710891479 A CN201710891479 A CN 201710891479A CN 108508264 A CN108508264 A CN 108508264A
Authority
CN
China
Prior art keywords
layer
heating
temperature resistance
power sensor
absorbed
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
CN201710891479.6A
Other languages
English (en)
Other versions
CN108508264B (zh
Inventor
王雪深
钟青
李劲劲
钟源
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.)
National Institute of Metrology
Original Assignee
National Institute of Metrology
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 National Institute of Metrology filed Critical National Institute of Metrology
Priority to CN201710891479.6A priority Critical patent/CN108508264B/zh
Publication of CN108508264A publication Critical patent/CN108508264A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN108508264B publication Critical patent/CN108508264B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R21/00—Arrangements for measuring electric power or power factor
    • G01R21/02—Arrangements for measuring electric power or power factor by thermal methods, e.g. calorimetric

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Photometry And Measurement Of Optical Pulse Characteristics (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials Using Thermal Means (AREA)

Abstract

一种功率传感器，包括温阻层、绝缘层、加热层、以及吸收层。所述温阻层、所述绝缘层、所述加热层和所述吸收层层叠设置。所述绝缘层设置于所述温阻层与所述加热层之间。所述加热层设置于所述绝缘层与所述吸收层之间。

Description

功率传感器
技术领域
本发明涉及电磁波基准测量技术领域，尤其涉及一种功率传感器。
背景技术
无线电功率是无线电计量领域中最重要的参量，是国际计量局(BIPM)定义的无线电七个关键参数中最基本的参数。目前毫米和亚毫米波长信号源和测试仪器的发展，以及太赫兹波段的广泛应用需求，对110GHz以上频率功率的计量和测量提出了要求。110GHz至太赫兹功率基准也成为目前国内外微波功率计量研究的热点。
2006年芬兰国家计量院(MIKES)委托的功率基准研制单位报导了不确定度为1.08％的110GHz到170GHz的功率计。该功率计包括设置在波导内部的楔形吸收体、以及设置在波导外壁上的测温热偶和加热器。所述加热器用于校准所述测温热偶。然而，所述加热器与所述测温热偶同时设置在波导外壁，入射电磁波需要加热整个波导管，响应时间长，受环境影响大，使得所述加热器对所述测温热偶的校准效果变差，进而引起所述功率计的测试误差。
发明内容
基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种计量用的具有更高准确度的功率传感器。
一种功率传感器，包括：
温阻层；
绝缘层与所述温阻层层叠设置；
加热层与所述绝缘层层叠设置，所述绝缘层夹设于所述温阻层与所述加热层之间；
吸收层与所述加热层层叠设置，所述加热层夹设于所述吸收层与所述绝缘层之间。
在一个实施例中，所述温阻层和所述加热层为图案化电阻层，且所述温阻层和所述加热层的图案相同，并且相对于所述绝缘层对称设置。
在一个实施例中，所述温阻层包括：
第一图案化导电条；
第一电极和第二电极分别连接在所述第一图案化导电条的两端。
在一个实施例中，所述加热层包括：
第二图案化导电条；
第三电极和第四电极分别连接在所述第二图案化导电条的两端。
在一个实施例中，进一步包括：
基底设置于所述吸收层与所述加热层之间，所述基底用于支撑所述温阻层、所述绝缘层和所述加热层。
在一个实施例中，所述吸收层为导电吸收层。
在一个实施例中，所述温阻层为厚度200纳米-500纳米的铂金属层，所述加热层为厚度为200纳米-500纳米的镍铬合金层。
在一个实施例中，所述绝缘层为氮化硅和二氧化硅组成的厚度50纳米-100纳米的双层结构。
在一个实施例中，所述功率传感器进一步包括封装层覆盖所述温阻层。
在一个实施例中，所述封装层的材料为氮化硅或二氧化硅。
本发明提供的功率传感器，由于所述绝缘层设置于所述温阻层与所述加热层之间，所述加热层设置于所述绝缘层与所述吸收层之间。所述吸收层与所述加热层层叠设置。所述加热层夹设于所述吸收层与所述绝缘层之间。当通过所述加热层通电加热时，所述加热层对整个功率传感器进行加热。由于所述加热层设置的位置在所述吸收层与所述绝缘层之间，所述加热层可以更加均匀的加热整个功率传感器，从而具有均匀的升温效果。因此，所述温阻层在感测升温时更加准确。因此，本实施例中的功率传感器相对于传统的功率传感器具有更高的精确度。
附图说明
图1为本发明一个实施例的功率传感器的剖面结构示意图。
图2为本发明一个实施例的功率传感器中的温阻层的结构示意图。
图3为本发明一个实施例的功率传感器中的加热层的结构示意图。
元件符号说明
功率传感器10；基底110；吸收层111；绝缘层112；封装层117；加热层120；第三电极122；第四电极124；第二图案化导电条126；温阻层130；第一电极132；第二电极134；第一图案化导电条126。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
请参见图1，本发明实施例提供一种功率传感器10，包括温阻层130、绝缘层112、加热层120、以及吸收层111。所述温阻层130、所述绝缘层112、所述加热层120和所述吸收层111层叠设置。所述绝缘层112设置于所述温阻层130与所述加热层120之间。所述加热层120设置于所述绝缘层112与所述吸收层111之间。所述绝缘层112可以将所述温阻层130和所述加热层120电绝缘。
所述吸收层111用于接收待测电磁波的照射从而升温以对所述温阻层130进行加热。所述温阻层130为热敏电阻，可以通过吸热产生电信号。所述温阻层130吸热产生的电信号可以与待测电磁波照射所述吸收层111的电磁波的频率具有预定的关系。因此，所述功率传感器10可以通过所述温阻层130吸热发出电信号测出所述待测电磁波的功率。所述加热层120可以通过通电发出热量加热所述温阻层130，从而使所述温阻层130产生与所述吸收层111吸收待测电磁波而产生的同样的电信号。所述待测电磁波入射辐射与所述加热层120加热使得所述温阻层130产生的电信号等同，也就是对所述待测电磁波入射辐射的功率进行准确表征，从而实现电功率校准所述待测电磁波入射辐射功率，实现交流功率直接溯源到直流功率。
请参见图2-3，在一个实施例中，所述温阻层130和所述加热层120可以为图案化电阻层。所述温阻层130和所述加热层120的图案相同，并且相对于所述绝缘层112对称设置。具体的，所述绝缘层112具有两个相对的表面。所述温阻层130和所述加热层120可以相对贴合与所述绝缘层112的两个相对的表面。由于所述温阻层130和所述加热层120的图案相同，从而使得所述加热层120与温阻层130的热传递更加均匀，从而可以使得所述功率传感器10具有较高的精确性。另外，所述温阻层130图案化使得电阻均匀分布，加热引起的热量可以被所述温阻层130充分吸收，从而使得所述功率传感器10能够具有更好的响应。所述加热层120的图案化使得电阻均匀分布，从而可以实现对所述吸收层111均匀加热，从而更加接近入射电测波的状态，测量结果更加精确。
在一个实施例中，所述温阻层130包括第一图案化导电条136、第一电极132和第二电极134。所述第一图案化导电条136可以为沿着预定的图案延伸的导电带。所述第一图案化导电条136具有第一端和第二端。具体地，所述第一电极132和所述第二电极134分别与所述第一端和所述第二端电连接。可以理解，所述第一图案化导电条136、所述第一电极132和所述第二电极134可以一体成形为一个完整的结构。可以理解，所述第一电极132和所述第二电极134的位置可以根据需要设置，既可以设置在同侧，也可以设置在异侧。所述温阻层130由温阻材料构成，可以通过各种成膜方法形成。具体地，所述温阻层130的材料可以是镍或铂。在一个实施例中，所述温阻层130为厚度200纳米-500纳米的铂金属层。所述铂金属层可以采用磁控溅射法制备，并在500摄氏度内进行退火以实现铂金属层多晶化。铂金属层的温度系数大于2×10-3/K，阻值稳定性优于5×10-5。所述温阻层130可以通过所述第一电极132和所述二电极134连接至测量表。
所述绝缘层112可以为导热性好的绝缘层从而有利于导热。在一个实施例中，所述绝缘层112为氮化硅和二氧化硅双层组成的厚度50纳米-100纳米的双层结构。可以理解，所述绝缘层112还可以为氮化硅、二氧化硅或氧化铪的单层结构。
在一个实施例中，所述加热层120包括第二图案化导电条126、第三电极122和第四电极124。所述第三电极122和所述第四电极124分别连接在所述第二图案化导电条126的两端。可以理解，所述第二图案化导电条126的结构与所述第一图案化导电条136的结构相同。所述加热层120可以通过各种成膜方法制备。在一个实施例中，所述加热层120为厚度为200纳米-500纳米的镍铬合金薄膜。镍铬合金的温度系数小，使得所述加热层120随温度变化电阻变化小。所述加热层120可以通过所述第三电极122和所述第四电极124电连接外置加热电流源。所述外置加热电流源可以给所述加热层120通电升温，从而实现对所述吸收层111的加热。在一个实施例中，所述加热层120可以使用磁控溅射制作。镍铬合金薄膜的阻值稳定性优于5×10-5，温度系数小于100ppm/K。
所述吸收层111用于吸收电磁波辐射产生热量。所述吸收层111可以为绝缘材料或者导电材料。所述吸收层111为绝缘材料时，所述吸收层111可以直接与所述加热层120贴合。所述吸收层111为导电材料时，所述吸收层111与所述加热层120之间可以设置绝缘层。所述吸收层111可以为碳纳米管、黑硅、黑漆或者黑金中的一种。
在一个实施例中，所述功率传感器10还可以包括基底110。所述基底110设置于所述吸收层111与所述加热层120之间。具体的，所述基底110为平面结构，具有两个相对的表面。所述加热层120和所述吸收层111分别贴合于所述基底110的两个相对的表面。所述基底110用于支撑所述温阻层130、所述绝缘层112和所述加热层120。可以理解，所述基底110为可选结构。当所述吸收层111为碳纳米管、黑漆或黑金时，所述基底110可以为硅片或者蓝宝石等导热率高的衬底。当所述吸收层111为黑硅时，由于黑硅制作在硅片的一个表面。所述硅片的另一面为抛光面，从而可同时作为基底使用。
在一个实施例中，所述功率传感器10还可以包括封装层117。所述封装层117用于覆盖所述温阻层130，从而对所述温阻层130进行保护。所述封装层117可以为环氧树脂、PDMS、氮化硅和二氧化硅中的一种。
本发明实施例提供的所述功率传感器10。所述吸收层111用于接收待测电磁波的照射从而升温以对所述温阻层130进行加热。所述温阻层130为热敏电阻，可以通过吸热产生电信号。所述温阻层130吸热产生的电信号可以与待测电磁波照射所述吸收层111的电磁波的频率具有预定的关系。因此，所述功率传感器10可以通过所述温阻层130吸热发出电信号测出所述待测电磁波的功率。所述加热层120可以通过通电发出热量加热所述温阻层130，从而使所述温阻层130产生与所述吸收层111吸收待测电磁波而产生的同样的电信号。所述待测电磁波入射辐射与所述加热层120加热使得所述温阻层130产生的电信号等同，也就是对所述待测电磁波入射辐射的功率进行准确表征，从而实现电功率校准所述待测电磁波入射辐射功率，实现交流功率直接溯源到直流功率。
本发明提供的功率传感器，由于所述绝缘层设置于所述温阻层与所述加热层之间，所述加热层设置于所述绝缘层与所述吸收层之间。所述吸收层与所述加热层层叠设置。所述加热层夹设于所述吸收层与所述绝缘层之间。当通过所述加热层通电加热时，所述加热层对整个功率传感器进行加热。由于所述加热层设置的位置在所述吸收层与所述绝缘层之间，所述加热层可以更加均匀的加热整个功率传感器，从而具有均匀的升温效果。因此，所述温阻层在感测升温时更加准确。因此，本实施例中的功率传感器相对于传统的功率传感器具有更高的精确度。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，随其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种功率传感器，其特征在于，包括：
温阻层(130)；
绝缘层(112)与所述温阻层(130)层叠设置；
加热层(120)与所述绝缘层(112)层叠设置，所述绝缘层(112)夹设于所述温阻层(130)与所述加热层(120)之间；
吸收层(111)与所述加热层(120)层叠设置，所述加热层(120)夹设于所述吸收层(111)与所述绝缘层(112)之间。
2.如权利要求1所述的功率传感器，其特征在于，所述温阻层(130)和所述加热层(120)为图案化电阻层，且所述温阻层(130)和所述加热层(120)的图案相同，并且相对于所述绝缘层(112)对称设置。
3.如权利要求2所述的功率传感器，其特征在于，所述温阻层(130)包括：
第一图案化导电条(136)；
第一电极(132)和第二电极(134)分别连接在所述第一图案化导电条(126)的两端。
4.如权利要求2所述的功率传感器，其特征在于，所述加热层(120)包括：
第二图案化导电条(126)；
第三电极(122)和第四电极(124)分别连接在所述第二图案化导电条(126)的两端。
5.如权利要求1所述的功率传感器，其特征在于，进一步包括：
基底(110)设置于所述吸收层(111)与所述加热层(120)之间，所述基底(110)用于支撑所述温阻层(130)、所述绝缘层(112)和所述加热层(120)。
6.如权利要求5所述的功率传感器，其特征在于，所述吸收层(111)为导电吸收层。
7.如权利要求1所述的功率传感器，其特征在于，所述温阻层(130)为厚度200纳米-500纳米的铂金属层，所述加热层(120)为厚度为200纳米-500纳米的镍铬合金层。
8.如权利要求1所述的功率传感器，其特征在于，所述绝缘层(112)为氮化硅和二氧化硅组成的厚度50纳米-100纳米的双层结构。
9.如权利要求1至8中任一项所述的功率传感器，其特征在于，进一步包括：
封装层(117)覆盖所述温阻层(130)。
10.如权利要求7所述的功率传感器，其特征在于，所述封装层(117)的材料为氮化硅或二氧化硅。
CN201710891479.6A 2017-09-27 2017-09-27 功率传感器 Active CN108508264B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710891479.6A CN108508264B (zh) 2017-09-27 2017-09-27 功率传感器

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710891479.6A CN108508264B (zh) 2017-09-27 2017-09-27 功率传感器

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN108508264A true CN108508264A (zh) 2018-09-07
CN108508264B CN108508264B (zh) 2020-05-05

Family

ID=63375297

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201710891479.6A Active CN108508264B (zh) 2017-09-27 2017-09-27 功率传感器

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN108508264B (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109561528A (zh) * 2018-12-13 2019-04-02 中国计量科学研究院 原子气室加热芯片

Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS61209330A (ja) * 1985-03-14 1986-09-17 Anritsu Corp Ｓａｗパワ−センサ
CN2733367Y (zh) * 2004-09-07 2005-10-12 东南大学 间接加热终端式微波功率微机械传感器
CN1875488A (zh) * 2003-10-28 2006-12-06 株式会社半导体能源研究所 液晶显示设备及其制造方法,以及液晶电视接收机
CN101510583A (zh) * 2009-03-18 2009-08-19 中国计量科学研究院 含有多层二维电子气的量子化霍尔电阻器件及其制作方法
CN102323475A (zh) * 2011-08-11 2012-01-18 东南大学 三通道微机械固支梁间接式微波功率传感器及制备方法
CN103149423A (zh) * 2013-03-01 2013-06-12 东南大学 一种低温双层隔离式mems微波功率传感器
CN103604521A (zh) * 2013-11-04 2014-02-26 深圳市彩煌实业发展有限公司 温敏探头及其制备方法
CN105785114A (zh) * 2016-04-15 2016-07-20 中国计量科学研究院 双负载功率传感器
CN106229318A (zh) * 2016-08-17 2016-12-14 深圳市华星光电技术有限公司 Coa型阵列基板及其制作方法
CN106629574A (zh) * 2016-12-30 2017-05-10 中国科学院微电子研究所 一种mems红外光源及其制作方法

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS61209330A (ja) * 1985-03-14 1986-09-17 Anritsu Corp Ｓａｗパワ−センサ
CN1875488A (zh) * 2003-10-28 2006-12-06 株式会社半导体能源研究所 液晶显示设备及其制造方法,以及液晶电视接收机
CN2733367Y (zh) * 2004-09-07 2005-10-12 东南大学 间接加热终端式微波功率微机械传感器
CN101510583A (zh) * 2009-03-18 2009-08-19 中国计量科学研究院 含有多层二维电子气的量子化霍尔电阻器件及其制作方法
CN102323475A (zh) * 2011-08-11 2012-01-18 东南大学 三通道微机械固支梁间接式微波功率传感器及制备方法
CN103149423A (zh) * 2013-03-01 2013-06-12 东南大学 一种低温双层隔离式mems微波功率传感器
CN103604521A (zh) * 2013-11-04 2014-02-26 深圳市彩煌实业发展有限公司 温敏探头及其制备方法
CN105785114A (zh) * 2016-04-15 2016-07-20 中国计量科学研究院 双负载功率传感器
CN106229318A (zh) * 2016-08-17 2016-12-14 深圳市华星光电技术有限公司 Coa型阵列基板及其制作方法
CN106629574A (zh) * 2016-12-30 2017-05-10 中国科学院微电子研究所 一种mems红外光源及其制作方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
ANDREY SOMOV 等: "Circuit Design and Power Consumption Analysis of Wireless Gas Sensor Nodes: One-Sensor Versus Two-Sensor Approach", 《IEEE SENSORS JOURNAL》 *
王德波 等: "双通道MEMS微波功率传感器的悬臂梁设计", 《微电子学》 *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109561528A (zh) * 2018-12-13 2019-04-02 中国计量科学研究院 原子气室加热芯片
CN109561528B (zh) * 2018-12-13 2021-08-10 中国计量科学研究院 原子气室加热芯片

Also Published As

Publication number Publication date
CN108508264B (zh) 2020-05-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US3641439A (en) Near-field radiation monitor
US3794914A (en) Radiation detector employing resistive connected thermocouple elements
WO2010044438A1 (ja) 熱センサ、非接触温度計装置、及び非接触温度測定方法
JP2011216323A (ja) 誘導加熱調理器
Zeng et al. Measurement of high-temperature thermophysical properties of bulk and coatings using modulated photothermal radiometry
CN111465131A (zh) 一种基于厚膜技术的测温反馈电磁感应发热体
US4063095A (en) Balancing radiometer
CN108742828A (zh) 一种热电阻式发热器
CN108508263A (zh) 功率传感器
CN109561528B (zh) 原子气室加热芯片
CN108508264A (zh) 功率传感器
Salek et al. Design, fabrication, and characterization of a D-band bolometric power sensor
US10455643B2 (en) Thick film element having covering layer with high heat conductivity
Schuderer et al. Novel high-resolution temperature probe for radiofrequency dosimetry
US4518912A (en) Radiation detector
Larsen et al. A microwave decoupled brain-temperature transducer
CN107621477A (zh) 一种谐波法水凝胶热导率测试装置及方法
US11419186B2 (en) Thick film element having coated substrate with high heat conductivity
CN108508265A (zh) 功率传感器
Wang et al. WR-06 power standard devices
Wickersheim et al. A small microwave E-field probe utilizing fiberoptic thermometry
Lemzyakov et al. The use of RuO 2 resistors as broadband low-temperature radiation sensors
CN211982174U (zh) 一种基于厚膜技术的测温反馈电磁感应发热体
CN205919896U (zh) 辐射高温计测试装置
Aslan Electromagnetic leakage survey meter

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