FR3052257A1 - PRESSURE SENSOR, PRESSURE SENSOR DEVICE, AND PRESSURE DETECTION METHOD - Google Patents
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Abstract
Capteur de pression (100) comportant une première membrane (103) se déformant en fonction de la pression (1) exercée sur elle. Le capteur de pression comporte une seconde membrane (104) écartée de la première membrane (103) pour que la première membrane (103) et la seconde membrane (104) forment un condensateur dont la capacité varie en fonction de la déformation de la première membrane. Une unité de régulation (20) règle une capacité prédéfinie (201) du condensateur et ce signal de réglage (202) est la mesure de la pression (1) appliquée à la première membrane (103).Pressure sensor (100) comprising a first membrane (103) which deforms as a function of the pressure (1) exerted on it. The pressure sensor comprises a second membrane (104) spaced from the first membrane (103) so that the first membrane (103) and the second membrane (104) form a capacitor whose capacity varies as a function of the deformation of the first membrane . A regulating unit (20) adjusts a predefined capacity (201) of the capacitor and this setting signal (202) is the measurement of the pressure (1) applied to the first diaphragm (103).
Description
Domaine de l’inventionField of the invention
La présente invention se rapporte à un capteur de pression comportant une première membrane se déformant en fonction de la pression exercée sur cette première membrane. L’invention se rapporte également à un dispositif de capteur de pression comportant un tel capteur de pression et à un procédé de détection d’une pression à l’aide d’un tel capteur de pression.The present invention relates to a pressure sensor comprising a first membrane that deforms as a function of the pressure exerted on this first membrane. The invention also relates to a pressure sensor device comprising such a pressure sensor and to a method for detecting a pressure using such a pressure sensor.
Etat de la techniqueState of the art
Le document DE 102008041937 Al décrit un dispositif de capteur de pression comportant un support (substrat), une membrane et une couche intermédiaire par rapport à laquelle la membrane est mobile au moins dans des zones partielles de la membrane, en fonction de la force exercée sur la membrane. La membrane et la couche intermédiaire se présentent sous la forme d’une surface de contact qui est en contact mécanique. En fonction de la force appliquée sur la membrane, la dimension de la surface de contact varie. De plus, la membrane est reliée au substrat. Pour la plus faible pression a pour juste un contact sous la forme d’une surface de contact entre la membrane et l’électrode, cette surface se fait avec la couche intermédiaire. Dans le cas de pressions plus importantes appliquées à la membrane, celle-ci est plus fortement déviée en direction de l’électrode et la surface de contact augmente. Augmenter la surface de contact réduit la résistance électrique entre la membrane et la couche intermédiaire. Cette variation de la résistance électrique se mesure en fonction de la pression, par exemple, sous la forme d’un signal de tension électrique. Exposé de l’inventionDocument DE 102008041937 A1 describes a pressure sensor device comprising a support (substrate), a membrane and an intermediate layer with respect to which the membrane is mobile at least in partial areas of the membrane, depending on the force exerted on the membrane. The membrane and the intermediate layer are in the form of a contact surface which is in mechanical contact. Depending on the force applied to the membrane, the dimension of the contact surface varies. In addition, the membrane is connected to the substrate. For the lowest pressure a for just one contact in the form of a contact surface between the membrane and the electrode, this surface is made with the intermediate layer. In the case of greater pressures applied to the membrane, it is more strongly deflected towards the electrode and the contact surface increases. Increasing the contact area reduces the electrical resistance between the membrane and the intermediate layer. This variation of the electrical resistance is measured as a function of the pressure, for example, in the form of a voltage signal. Presentation of the invention
La présente invention a pour but de développer un capteur de pression, un dispositif de capteur de pression et un procédé de détection d’une pression.The object of the present invention is to develop a pressure sensor, a pressure sensor device and a method for detecting a pressure.
Exposé et avantages de l’invention A cet effet l’invention a pour objet un capteur de pression comportant une première membrane se déformant en fonction de la pression exercée sur cette première membrane, ce capteur de pression étant caractérisé en ce qu’il comporte une seconde membrane écartée de la première membrane pour que la première membrane et la seconde membrane forment un condensateur dont la capacité varie en fonction de la déformation de la première membrane, le capteur de pression comportant une unité de régulation pour régler une capacité prédéfinie du condensateur, le signal de réglage de l’unité de régulation pour régler la capacité prédéfinie étant une mesure de la pression appliquée à la première membrane.DESCRIPTION AND ADVANTAGES OF THE INVENTION For this purpose, the subject of the invention is a pressure sensor comprising a first membrane that deforms as a function of the pressure exerted on this first membrane, this pressure sensor being characterized in that it comprises a second membrane spaced apart from the first membrane so that the first membrane and the second membrane form a capacitor whose capacitance varies as a function of the deformation of the first membrane, the pressure sensor comprising a control unit for adjusting a predefined capacity of the capacitor, the regulation signal of the regulating unit for adjusting the predefined capacity being a measurement of the pressure applied to the first membrane.
Le capteur de pression selon l’invention a l’avantage de n’utiliser pratiquement aucun composant mécanique et d’être ainsi très stable en température. De plus, sa dynamique est très importante et, en outre, il résiste aux influences parasites.The pressure sensor according to the invention has the advantage of using virtually no mechanical component and thus to be very stable in temperature. In addition, its dynamics is very important and, moreover, it resists parasitic influences.
Ainsi, et comme déjà indiqué, l’invention a pour objet un capteur de pression ayant une première membrane pour se déformer en fonction de la pression exercée sur elle. Le capteur de pression comporte une seconde membrane écartée de la première membrane pour que les deux membranes forment entre elles un condensateur dont la capacité varie selon la déformation de la première membrane. Le capteur de pression a, en outre, une unité de régulation réglant une capacité prédéfinie du condensateur ; un organe de réglage de l’unité de régulation permet de régler la capacité prédéfinie sur une mesure donnée de la pression à appliquer à la première membrane. De façon avantageuse, le capteur de pression a un très faible encombrement et son intégration à l’emplacement de son utilisation est économique car il est très robuste vis-à-vis des influences parasites et celles de l’environnement telles que, par exemple, des variations de température. C’est ainsi qu’il est, par exemple possible d’appliquer le capteur de pression dans un véhicule automobile, directement à un composant de tête de cylindre, notamment à une bougie ou à un injecteur. Les influences perturbatrices sont, par exemple les capacités parasites qui peuvent se traduire par une mesure fausse conduisant à des résultats de mesure faussés. Les capacités parasites sont compensées dans le cas du capteur de pression selon l’invention par le réglage de la capacité prédéfinie à l’aide de l’unité de régulation. La plage dynamique décrit la plage de pression qui se mesure à l’aide d’un capteur de pression selon l’invention. Le capteur de pression selon l’invention permet à la fois de mesurer des pressions plus importantes. La plage dynamique est principalement délimitée par la déformation élastique maximale possible de la première membrane de sorte que le capteur de pression a une plage dynamique importante. On compense les défauts de linéarité liés aux propriétés mécaniques de la membrane par le réglage d’une capacité prédéfinie.Thus, and as already indicated, the subject of the invention is a pressure sensor having a first membrane for deforming as a function of the pressure exerted on it. The pressure sensor comprises a second membrane spaced apart from the first membrane so that the two membranes form between them a capacitor whose capacitance varies according to the deformation of the first membrane. The pressure sensor further has a regulating unit controlling a predefined capacity of the capacitor; an adjusting member of the regulating unit makes it possible to adjust the predefined capacity on a given measurement of the pressure to be applied to the first membrane. Advantageously, the pressure sensor has a very small footprint and its integration in the location of its use is economical because it is very robust vis-à-vis spurious influences and those of the environment such as, for example, temperature variations. Thus it is, for example possible to apply the pressure sensor in a motor vehicle, directly to a cylinder head component, including a candle or an injector. Disruptive influences are, for example parasitic capacitances which can result in a false measurement leading to distorted measurement results. The parasitic capacitances are compensated in the case of the pressure sensor according to the invention by the adjustment of the predefined capacity with the aid of the regulation unit. The dynamic range describes the pressure range which is measured with the aid of a pressure sensor according to the invention. The pressure sensor according to the invention allows both to measure higher pressures. The dynamic range is mainly delimited by the maximum possible elastic deformation of the first membrane so that the pressure sensor has a large dynamic range. The linearity defects related to the mechanical properties of the membrane are compensated by the adjustment of a predefined capacity.
De façon avantageuse, le capteur de pression n’a pas d’hystérésis car pour une pression appliquée il s’établit une capacité déterminée et le signal de réglage correspondant est associé à la pression à mesurer. L’hystérésis est la différence entre le signal de sortie au démarrage d’une valeur de mesure fixe dans le sens montant ou descendant, c’est-à-dire pour une pression croissante ou une pression décroissante.Advantageously, the pressure sensor has no hysteresis because for an applied pressure there is established a determined capacity and the corresponding adjustment signal is associated with the pressure to be measured. The hysteresis is the difference between the output signal at the start of a fixed measurement value in the ascending or descending direction, that is for increasing pressure or decreasing pressure.
Selon un développement, la seconde membrane est au moins une partie de la première surface limite d’une première cavité dans laquelle règle une pression de référence. Cela permet de régler avantageusement l’intensité de la déformation de la première membrane lorsqu’elle est sollicitée par une pression. La pression de référence est choisie pour être du même ordre de grandeur que la pression à mesurer, ce qui évite toute déformation plastique de la membrane ou toute fissure de celle-ci lorsqu’elle est soumise à la pression.According to one development, the second membrane is at least a portion of the first boundary surface of a first cavity in which a reference pressure is set. This allows to advantageously adjust the intensity of the deformation of the first membrane when it is stressed by a pressure. The reference pressure is chosen to be of the same order of magnitude as the pressure to be measured, which avoids any plastic deformation of the membrane or any crack thereof when subjected to pressure.
Selon un autre développement, le capteur de pression a une structure de maintien écartant la première et la seconde membrane, la première membrane, la seconde membrane et la structure de maintien constituent les surfaces limites d’une seconde cavité. La seconde membrane constitue au moins une partie d’une première surface limite de la première cavité. La seconde membrane a des perforations pour que la seconde cavité soit à la même pression que la première cavité. Ainsi, la première et la seconde cavités seront à une pression identique, c’est-à-dire une pression de référence, connue ce qui permet avantageusement de faire une mesure de pression absolue.According to another development, the pressure sensor has a holding structure separating the first and the second membrane, the first membrane, the second membrane and the holding structure constitute the boundary surfaces of a second cavity. The second membrane constitutes at least a portion of a first boundary surface of the first cavity. The second membrane has perforations so that the second cavity is at the same pressure as the first cavity. Thus, the first and second cavities will be at an identical pressure, that is to say a known reference pressure, which advantageously makes it possible to make an absolute pressure measurement.
Selon un développement, la seconde membrane du capteur de pression est en une matière magnétique électro-conductrice ce qui donne l’avantage de pouvoir utiliser la seconde membrane comme électrode, par exemple, pour mesurer la capacité du condensateur et de plus on peut la déformer en appliquant un champ magnétique.According to a development, the second membrane of the pressure sensor is made of an electroconductive magnetic material which gives the advantage of being able to use the second membrane as an electrode, for example, to measure the capacity of the capacitor and moreover it can be deformed by applying a magnetic field.
Selon un développement, l’unité de régulation comporte un électroaimant générant un champ magnétique sur le côté de la seconde membrane à l’opposé de la première membrane. Cette solution a l’avantage que l’électroaimant fournit un champ magnétique réglable par le courant électrique. Le signal de réglage qui est une mesure de la pression appliquée à la première membrane est ainsi un courant électrique que l’on détermine avec des moyens simples connus. Ainsi, cela permet de déterminer simplement et rapidement la pression. De plus, le capteur de pression est d’une construction compacte et robuste car il ne nécessite pas d’unité de mesure complexe pour le signal de réglage.According to a development, the regulating unit comprises an electromagnet generating a magnetic field on the side of the second membrane opposite the first membrane. This solution has the advantage that the electromagnet provides a magnetic field adjustable by the electric current. The control signal which is a measure of the pressure applied to the first membrane is thus an electric current which is determined with simple known means. Thus, it allows to determine simply and quickly the pressure. In addition, the pressure sensor is compact and robust because it does not require a complex measurement unit for the control signal.
En variante, l’unité de régulation comporte une électrode d’excitation sur le côté de la seconde membrane non tourné vers la première membrane.In a variant, the regulation unit comprises an excitation electrode on the side of the second membrane that is not turned towards the first membrane.
Selon un développement, la seconde membrane a une première couche ayant un premier coefficient de dilatation thermique et une seconde couche ayant un second coefficient de dilatation thermique, le premier coefficient de dilatation thermique et le second coefficient de dilatation thermique étant différents. L’avantage de cette solution est de permettre ainsi une construction très compacte du capteur de pression car le réglage de la capacité prédéfinie se fait directement par un courant électrique traversant au moins partiellement la seconde membrane.According to one development, the second membrane has a first layer having a first coefficient of thermal expansion and a second layer having a second coefficient of thermal expansion, the first coefficient of thermal expansion and the second coefficient of thermal expansion being different. The advantage of this solution is to allow a very compact construction of the pressure sensor because the predefined capacity is adjusted directly by an electric current passing through at least partially the second membrane.
Selon un développement, la seconde membrane a une troisième couche et au moins une couche piézoélectrique, la troisième couche étant métallique. L’avantage de cette solution est de réaliser une construction très compacte du capteur de pression car le réglage de la capacité prédéfinie se fait directement en appliquant une tension électrique.According to one development, the second membrane has a third layer and at least one piezoelectric layer, the third layer being metallic. The advantage of this solution is to realize a very compact construction of the pressure sensor because the setting of the predefined capacity is done directly by applying a voltage.
En variante ou en complément, la seconde membrane a au moins une couche magnétostrictive. La seconde membrane peut également avoir plusieurs couches magnétostrictives pour permettre une déformation efficace plus importante pour un même champ magnétique. Cela permet d’utiliser avantageusement des champs magnétiques plus réduits. Cette solution est en particulier avantageuse pour mesurer des pressions importantes car pour cela il faut des déformations en partie importantes de la seconde membrane.Alternatively or additionally, the second membrane has at least one magnetostrictive layer. The second membrane may also have several magnetostrictive layers to allow greater effective deformation for the same magnetic field. This makes it possible to advantageously use smaller magnetic fields. This solution is particularly advantageous for measuring high pressures because for this it requires significant deformation of the second membrane.
Le dispositif de capteur de pression selon l’invention comporte un capteur de pression et une unité d’exploitation pour déterminer la pression à partir du signal de réglage. L’invention a également pour objet un procédé de détection d’une pression par un dispositif de capteur de pression, le procédé consiste à déformer la première membrane en appliquant la pression à cette première membrane, régler la capacité prédéfinie du condensateur par l’unité de régulation et, déterminer la pression appliquée à la première membrane à partir du signal de réglage de l’unité de régulation. L’avantage de ce procédé est de réduire les influences perturbatrices par le réglage d’une capacité prédéfinie et d’augmenter ainsi la précision et la sensibilité du capteur de pression. De plus, le procédé est robuste vis-à-vis des influences de l’environnement telles que, par exemple, les variations de température car ces variations s’exercent sur les deux membranes dont les propriétés varient ainsi en général de façon analogue si bien que les influences de l’environnement sur la mesure sont pratiquement négligeables.The pressure sensor device according to the invention comprises a pressure sensor and an operating unit for determining the pressure from the control signal. The invention also relates to a method for detecting a pressure by a pressure sensor device, the method consists in deforming the first membrane by applying the pressure to this first membrane, adjusting the predefined capacity of the capacitor by the unit and determining the pressure applied to the first membrane from the control signal of the control unit. The advantage of this method is to reduce disturbing influences by adjusting a predefined capacity and thereby increase the accuracy and sensitivity of the pressure sensor. In addition, the process is robust to environmental influences such as, for example, temperature variations because these variations are exerted on the two membranes, the properties of which vary generally in a similar way so well. that the environmental influences on the measurement are practically negligible.
Le réglage de la capacité prédéfinie du condensateur par l’unité de régulation peut se faire à l’aide d’un électroaimant faisant partie de l’unité de régulation. L’électroaimant fournit un champ magnétique réglable. L’électroaimant est installé sur le côté de la seconde membrane non tournée vers la première membrane et le signal de réglage est un courant électrique traversant l’électroaimant. De façon avantageuse, en appliquant un champ magnétique on produit à la fois la déformation de la seconde membrane vers la première membrane ou la déformation de celle-ci dans le sens opposé à la première membrane.The adjustment of the predefined capacity of the capacitor by the control unit can be done with the aid of an electromagnet forming part of the control unit. The electromagnet provides an adjustable magnetic field. The electromagnet is installed on the side of the second diaphragm not facing the first diaphragm and the adjusting signal is an electric current passing through the electromagnet. Advantageously, applying a magnetic field produces both the deformation of the second membrane to the first membrane or the deformation thereof in the opposite direction to the first membrane.
Le réglage de la capacité prédéfinie du condensateur se fait par l’unité de régulation qui comporte une électrode d’excitation. L’électrode d’excitation se trouve sur le côté de la seconde membrane non tournée vers la première membrane et le signal de réglage est une tension électrique appliquée entre l’électrode d’excitation et la seconde membrane. Cette solution est avantageuse car elle permet de générer et de mesurer de manière simple la tension électrique par un circuit d’exploitation.The preset capacitance of the capacitor is adjusted by the control unit which has an excitation electrode. The excitation electrode is on the side of the second membrane not facing the first membrane and the control signal is an electrical voltage applied between the excitation electrode and the second membrane. This solution is advantageous because it enables the electrical voltage to be generated and measured in a simple manner by an operating circuit.
Le réglage de la capacité prédéfinie du condensateur peut se faire par le chauffage de la seconde membrane en utilisant le courant électrique comme signal de réglage qui traverse au moins partiellement la seconde membrane. Cette solution est avantageuse car le courant électrique est disponible facilement.The pre-defined capacity of the capacitor can be adjusted by heating the second diaphragm using the electric current as a control signal which at least partially passes through the second diaphragm. This solution is advantageous because the electric current is readily available.
En variante, on peut régler la capacité prédéfinie du condensateur en appliquant une tension électrique à la couche piézoélectrique, le signal de réglage étant la tension électrique. Cette solution est avantageuse car la tension électrique se génère et se règle de manière simple par un circuit d’exploitation.Alternatively, the predefined capacity of the capacitor can be adjusted by applying an electric voltage to the piezoelectric layer, the setting signal being the electrical voltage. This solution is advantageous because the electrical voltage is generated and regulated in a simple manner by an operating circuit.
Dessinsdrawings
La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l’aide d’exemples de capteur de pression, de dispositif de capteur de pression et de procédés de mesure de pression représentés dans les dessins annexés dans lesquels : la figure 1 est une vue en coupe d’un capteur de pression qui n’est sollicité par aucune pression à mesurer, la figure 2 est la coupe du capteur de pression 1 exposé à une pression à mesurer, la figure 3 est une vue de dessus d’une bobine plane sur un substrat, la figure 4 est une section d’un capteur de pression avec mise en contact de la première membrane et de la seconde membrane, la figure 5 est l’ordinogramme d’un procédé de détermination d’une pression, la figure 6 est un ordinogramme montrant la fonction de l’unité de régulation, les figures 7a-7h - 7j-7p représentent divers étapes du procédé de fabrication d’un exemple de capteur de pression selon l’invention, la figure 8 est une section d’un capteur de pression muni d’une électrode d’excitation, la figure 9a est la section d’un capteur de pression avec une seconde membrane composée de deux couches, la figure 9b est une vue de dessus de la seconde membrane comportant des perforations, la figure 10 est la section d’un capteur de pression ayant une seconde membrane composée de deux couches et, la figure 11 est la section d’un capteur de pression muni d’une seconde membrane composé de deux couches et d’une bobine plane.The present invention will be described in more detail below with the aid of examples of pressure sensor, pressure sensor device and pressure measuring methods shown in the accompanying drawings in which: FIG. sectional view of a pressure sensor which is not subject to any pressure to be measured, FIG. 2 is the section of the pressure sensor 1 exposed to a pressure to be measured, FIG. 3 is a top view of a coil. 4 is a section of a pressure sensor with contacting of the first membrane and the second membrane, FIG. 5 is a flow chart of a method for determining a pressure, the FIG. 6 is a flowchart showing the function of the control unit, FIGS. 7a-7h-7j-7p show various steps of the method of manufacturing an exemplary pressure sensor according to the invention, FIG. 8 is a section d a pressure sensor provided with an excitation electrode, FIG. 9a is the section of a pressure sensor with a second membrane composed of two layers, FIG. 9b is a view from above of the second membrane comprising perforations, FIG. 10 is the section of a pressure sensor having a second membrane composed of two layers and FIG. 11 is the section of a pressure sensor provided with a second membrane composed of two layers and a plane coil. .
Description de modes de réalisationDescription of embodiments
Le principe à la base des exemples de réalisation décrits ci-après consiste à soumettre une première membrane à une pression et à réguler la distance entre la première membrane et la seconde membrane formant en combinaison un condensateur de manière à maintenir constante la capacité du condensateur. Cette capacité peut se déterminer avec des moyens connus. Par exemple, on peut brancher le condensateur dans un circuit oscillant avec une bobine. La fréquence de résonance du circuit oscillant est ainsi la suivante :The underlying principle of the embodiments described below is to subject a first membrane to a pressure and to regulate the distance between the first membrane and the second membrane forming a combination of a capacitor so as to maintain constant the capacity of the capacitor. This ability can be determined with known means. For example, the capacitor can be connected in an oscillating circuit with a coil. The resonant frequency of the oscillating circuit is as follows:
Dans cette formule C est la capacité et L l’inductance de la bobine. A partir de la mesure de la fréquence de résonnance, connaissant l’inductance de la bobine, on peut calculer la capacité du condensateur. La mesure de la fréquence de résonance peut se faire par exemple avec un compteur et comme cadence de référence on utilise la cadence systématique disponible de toute façon dans un circuit de l’unité exploitation.In this formula C is the capacitance and L the inductance of the coil. From the measurement of the resonance frequency, knowing the inductance of the coil, one can calculate the capacitance of the capacitor. The measurement of the resonance frequency can be done for example with a counter and as a reference rate, the systematic rate available anyway in a circuit of the operating unit is used.
La figure 1 montre la section d’un capteur de pression 100. Le capteur de pression 100 comporte une première membrane 103 qui se déforme en fonction de la pression 1 agissant sur cette première membrane 103. Le capteur de pression 100 comporte en outre une seconde membrane 104. Dans cet exemple de réalisation, le capteur de pression 100 a, de plus, une structure de maintien 107 qui écarte la première membrane 103 et la seconde membrane 104. Dans un premier plan, la membrane 103 est parallèle au plan x, y. Dans le second plan, la seconde membrane 104 est parallèle au plan x, y. Le premier plan et le second plan ne se correspondent pas. La seconde membrane 104 est tenue parallèlement à la première membrane 103 par la structure de maintien 107. La première membrane 103, la seconde membrane 104 et la structure de maintien 107 forment les surfaces limites d’une seconde cavité 105 ; cette seconde cavité 105 est à une première pression de référence. Le côté 301 de la seconde membrane 104 non tourné vers la première membrane forme une première surface de référence 103 d’une première cavité 106 pour la seconde membrane 104. En variante, la seconde membrane 104 ne constitue qu’une partie de la surface limite 300 de la première cavité 106. Par exemple, au moins une partie de la structure de maintien 107 forme la première surface limite 100 avec la seconde membrane 104. Un substrat 101 est installé parallèlement à la seconde membrane 104 et à une certaine distance de celle-ci. La distance entre la seconde membrane 104 et le substrat 101 est définie par une structure de support 108. Cette différence est ici comprise notamment entre 100 nm et 5pm. La structure de support 108 est en une matière électro-isolante. La structure de support 108 est par exemple en dioxyde de silicium (silice) (S1O2) ou en nitrure de silicium (S13N4), car ces matières se déposent facilement et ont de plus une faible conductivité thermique et électrique. La structure de support 108 forme une liaison entre le substrat 101 et la première surface limite 300. La structure de support 108, la première surface limite 300 et le substrat 101 forment les surfaces limites ou surface délimitant la première cavité 106. Dans l’exemple de réalisation de la figure 1, la première cavité 106 contient une pression de référence. Cette pression peut correspondre à la première pression de référence ou être différente de celle-ci. Si la première pression de référence et cette autre pression de référence se correspondent, la seconde membrane 104 peut être une membrane avec des perforations 112 comme le montrent par exemple la figure 7p ou la figure 9b si bien que l’on aura une pression de référence commune, identique, notamment connue, entre la première cavité 106 et la seconde cavité 105. Cela permet une mesure de pression absolue car le substrat 101 comporte de préférence une unité de régulation 200 (non représentée ici) pour régler une capacité prédéfinie 201. Une unité d’exploitation 203 peut être intégrée dans le substrat 101. Dans ce cas, la figure 1 montre un dispositif de capteur de pression composé du capteur de pression 100 et de l’unité d’exploitation 203. Le substrat 101 peut se réaliser de manière économique en technique CMOS à base de silicium.FIG. 1 shows the section of a pressure sensor 100. The pressure sensor 100 comprises a first membrane 103 which deforms as a function of the pressure 1 acting on this first membrane 103. The pressure sensor 100 also comprises a second In this embodiment, the pressure sensor 100 has, in addition, a holding structure 107 which separates the first membrane 103 and the second membrane 104. In a first plane, the membrane 103 is parallel to the plane x, there. In the second plane, the second membrane 104 is parallel to the x, y plane. The foreground and the second plan do not match. The second membrane 104 is held parallel to the first membrane 103 by the holding structure 107. The first membrane 103, the second membrane 104 and the holding structure 107 form the boundary surfaces of a second cavity 105; this second cavity 105 is at a first reference pressure. The side 301 of the second membrane 104 not facing the first membrane forms a first reference surface 103 of a first cavity 106 for the second membrane 104. In a variant, the second membrane 104 constitutes only a part of the boundary surface. 300 of the first cavity 106. For example, at least a portion of the holding structure 107 forms the first boundary surface 100 with the second membrane 104. A substrate 101 is installed parallel to the second membrane 104 and at a distance from that -this. The distance between the second membrane 104 and the substrate 101 is defined by a support structure 108. This difference is here in particular between 100 nm and 5 pm. The support structure 108 is made of an electro-insulating material. The support structure 108 is for example silicon dioxide (silica) (SiO2) or silicon nitride (S13N4), because these materials are easily deposited and have a low thermal and electrical conductivity. The support structure 108 forms a bond between the substrate 101 and the first boundary surface 300. The support structure 108, the first boundary surface 300 and the substrate 101 form the boundary surfaces or surface delimiting the first cavity 106. In the example embodiment of Figure 1, the first cavity 106 contains a reference pressure. This pressure may correspond to the first reference pressure or be different from it. If the first reference pressure and this other reference pressure correspond, the second membrane 104 may be a membrane with perforations 112, as shown for example in FIG. 7p or in FIG. 9b, so that a reference pressure will be applied. common, in particular known, between the first cavity 106 and the second cavity 105. This allows an absolute pressure measurement because the substrate 101 preferably comprises a control unit 200 (not shown here) to adjust a predefined capacity 201. The operating unit 203 can be integrated into the substrate 101. In this case, FIG. 1 shows a pressure sensor device composed of the pressure sensor 100 and the operating unit 203. The substrate 101 can be made of economical way in silicon-based CMOS technique.
En variante, l’unité d’exploitation 203 peut constituer un élément distinct. Le signal de réglage 202 de l’unité de régulation 200 pour le réglage 3 de la capacité 201 et qui est une mesure de la pression 1 appliquée à la première membrane 103 est transmis par le capteur de pression 100 à l’unité d’exploitation 203 qui l’exploite. On peut transmettre, par exemple, par une liaison internet WLAN, USB, Bluetooth ou un rayonnement infrarouge. Le capteur de pression 100 a une interface de communication pour envoyer des données et dans cet exemple, l’unité d’exploitation 203 reçoit les données du capteur de pression 100.Alternatively, the operating unit 203 may constitute a separate element. The control signal 202 of the control unit 200 for the adjustment 3 of the capacitor 201 and which is a measurement of the pressure 1 applied to the first membrane 103 is transmitted by the pressure sensor 100 to the operating unit 203 who exploits it. It can be transmitted, for example, via a WLAN internet connection, USB, Bluetooth or infrared radiation. The pressure sensor 100 has a communication interface for sending data and in this example, the operating unit 203 receives the data from the pressure sensor 100.
La figure 1 montre un capteur de pression 100 avec un actionneur magnétique. Dans la première cavité 106 sur la surface limite à l’opposé de la seconde membrane 104, le substrat 101 a une bobine plane 102”, comme le montre la vue de dessus de la figure 3. Pour éviter des courts-circuits, la bobine plane 102” est isolée du substrat 101 par une couche électro-isolante 102’. Pour le contact électrique, la bobine plane 102” a, une liaison électrique comme le montre la figure 3, à un premier point de contact 109’ et à un second point de contact 109” avec le substrat 101 ; par ces points de contact 109’, 109”, un circuit intégré dans le substrat 101 reçoit du courant. La bobine plane 102” est un électro-aimant 102. En variante, on peut également prévoir d’autres électro-aimants 102 à la place de la bobine plane 102”. A la figure 1, le capteur de pression 101 est en position de repos. Dans cet exemple de réalisation, la première membrane 103 et la seconde membrane 104 ne sont pas déformées lorsqu’elles sont en position de repos. Une matière électro-conductrice est appliquée sur la première membrane 103 et la seconde membrane 104 qui forment ainsi un condensateur. La capacité du condensateur dépend de la distance des membranes 103, 104 l’une par rapport à l’autre. Dans cet exemple de réalisation, la distance entre les membranes 103, 104 est définie par la structure de maintien 107. La structure de maintien 107 est réalisée en une matière électro-isolante. Par exemple, la structure de maintien 107 est en dioxyde de silicium (S1O2) ou en nitrure de silicium (S13N4) car ces matières se déposent facilement et elles ont une conductivité thermique faible. Cette solution est avantageuse car ainsi les couches en dessous, notamment le circuit de l’unité d’exploitation 203 sont protégées par rapport aux températures élevées même si la première membrane 103 est exposée à des températures élevées. Cela est par exemple le cas si le capteur de pression 100 est intégré directement dans une bougie d’allumage. Le capteur de pression 100 résiste ainsi aux influences de la température. L’épaisseur de la structure de maintien 107 est choisie pour que la première membrane 103 et la seconde membrane 104, en position de repos, se trouvent à une distance de l’ordre de 10 nm jusqu’à quelques pm. Au repos, le condensateur a ainsi une première capacité dont la valeur se trouve dans une plage facile à mesurer du fait du choix de l’intervalle entre les membranes 103, 104. La première capacité peut se mesurer comme décrit ci-dessus. Dans cet exemple de réalisation et dans les exemples suivants, sauf indication contraire, la capacité prédéfinie 201 est égale à la première capacité. La première capacité mesurée est ainsi transmise à l’unité de régulation 200 pour servir de valeur de consigne. La fonction de l’unité de régulation 200 est décrite de manière plus détaillée ensuite.Figure 1 shows a pressure sensor 100 with a magnetic actuator. In the first cavity 106 on the boundary surface opposite the second membrane 104, the substrate 101 has a plane coil 102 ", as shown in the top view of FIG. 3. To avoid short circuits, the coil plane 102 "is isolated from the substrate 101 by an electro-insulating layer 102 '. For the electrical contact, the plane coil 102 "has an electrical connection as shown in FIG. 3 at a first contact point 109 'and a second contact point 109" with the substrate 101; by these contact points 109 ', 109 ", an integrated circuit in the substrate 101 receives current. The plane coil 102 "is an electromagnet 102. Alternatively, it is also possible to provide other electromagnets 102 in place of the plane coil 102". In Figure 1, the pressure sensor 101 is in the rest position. In this embodiment, the first membrane 103 and the second membrane 104 are not deformed when in the rest position. An electroconductive material is applied to the first membrane 103 and the second membrane 104 thereby forming a capacitor. The capacity of the capacitor depends on the distance of the membranes 103, 104 relative to each other. In this embodiment, the distance between the membranes 103, 104 is defined by the holding structure 107. The holding structure 107 is made of an electro-insulating material. For example, the holding structure 107 is made of silicon dioxide (SiO 2) or silicon nitride (Si 3 N 4) because these materials are easily deposited and have a low thermal conductivity. This solution is advantageous because thus the layers below, in particular the circuit of the operating unit 203 are protected with respect to the high temperatures even if the first membrane 103 is exposed to high temperatures. This is for example the case if the pressure sensor 100 is integrated directly into a spark plug. The pressure sensor 100 is thus resistant to the influences of temperature. The thickness of the holding structure 107 is chosen so that the first membrane 103 and the second membrane 104, in the rest position, are at a distance of the order of 10 nm to a few pm. At rest, the capacitor thus has a first capacitance whose value is in a range that is easy to measure because of the choice of the interval between the membranes 103, 104. The first capacitance can be measured as described above. In this embodiment and in the following examples, unless otherwise indicated, the predefined capacity 201 is equal to the first capacity. The first measured capacitance is thus transmitted to the regulating unit 200 to serve as a reference value. The function of the control unit 200 is described in more detail next.
En variante, on peut choisir l’état de repos pour que la première membrane 103 et/ou la seconde membrane 104 ont une déformation initiale. La première membrane 104 peut être par exemple bombée dans la direction z positive ou z négative.Alternatively, one can choose the state of rest so that the first membrane 103 and / or the second membrane 104 have an initial deformation. The first membrane 104 may for example be curved in the positive z direction or negative z.
La figure 2 est une section du capteur de pression 2 ou du dispositif de capteur de pression de la figure 1 dans laquelle le capteur de pression 100 est soumis à la pression 1 que l’on veut mesurer. La pression 1 est exercée sur le côté de la première membrane 103 non tourné vers la seconde membrane 104 dans la direction z négative sur la membrane 103. La pression 1 est schématisée par une flèche épaisse à la figure 2. La pression 1 déforme la première membrane 103 comme l’indique la figure 2. Dans l’exemple de la figure 2, la pression 1 est supérieure à la pression de référence qui règne dans les deux cavités 105, 106 du présent exemple de réalisation de sorte que la première membrane 103 se déforme en direction de la seconde membrane 104.FIG. 2 is a section of the pressure sensor 2 or the pressure sensor device of FIG. 1 in which the pressure sensor 100 is subjected to the pressure 1 that it is desired to measure. The pressure 1 is exerted on the side of the first membrane 103 not facing the second membrane 104 in the negative z direction on the membrane 103. The pressure 1 is shown schematically by a thick arrow in FIG. 2. The pressure 1 deforms the first membrane 103 as shown in Figure 2. In the example of Figure 2, the pressure 1 is greater than the reference pressure in the two cavities 105, 106 of the present embodiment so that the first membrane 103 deforms towards the second membrane 104.
La déformation de la première membrane 103 modifie la capacité du condensateur. L’unité de régulation 200 régule par le signal de réglage 202 la capacité du condensateur pour avoir une capacité prédéfinie 201. Cette capacité correspond dans cet exemple de réalisation, à la première capacité. Le réglage de la capacité prédéfinie 201 peut se faire notamment en actionnant la seconde membrane 104 par l’unité de régulation 200. Selon le mode de réalisation du capteur de pression 100, cette activation peut se faire selon différents procédés décrits. A l’aide du signal de réglage 202 on déforme la seconde membrane 104 de façon à régler la capacité prédéfinie 201 du condensateur. Le signal de réglage 202 correspondant et qui est par exemple obtenu selon l’activation par un courant électrique ou une tension électrique, est une mesure de la pression 101 agissant sur la première membrane 103. La capacité prédéfinie 201 est déjà réglée à la figure 2. La seconde membrane de cet exemple de réalisation est en une matière magnétique électro-conductrice ; cette membrane est aimantée parallèlement ou de façon antiparallèle à la direction Z, c’est-à-dire hors du plan. La seconde membrane 104 a une épaisseur de couche de l’ordre de quelques 10 nm jusqu’à environ 20 μιη, selon la plage de mesure de pression que l’on souhaite avoir. La seconde membrane 104 est, par exemple, en co-balt-fer-bore (CoFeBx). Cette matière a une cohérence inhérente d’anisotropie hors plan et peut se déposer avec des procédés standards disponibles tels que, par exemple, la pulvérisation du rayonnement atomique. En variante, la seconde membrane 104 est en Permalloy. Dans ce cas, l’aimantation hors du plan se fait pendant la phase de dépôt. D’autres matières appropriées sont, par exemple, le Néodyme-Fer-Bor (NdFeBx), Nickel (Ni), Cobalt (Co) et Samarium-Cobalt (SmCos).The deformation of the first membrane 103 modifies the capacity of the capacitor. The regulation unit 200 regulates by the adjustment signal 202 the capacity of the capacitor to have a predefined capacity 201. This capacity corresponds in this embodiment to the first capacitor. The setting of the predefined capacity 201 can be done in particular by actuating the second membrane 104 by the control unit 200. According to the embodiment of the pressure sensor 100, this activation can be done according to various methods described. With the aid of the adjustment signal 202 the second membrane 104 is deformed so as to adjust the predefined capacity 201 of the capacitor. The corresponding setting signal 202, which is for example obtained according to the activation by an electric current or an electrical voltage, is a measurement of the pressure 101 acting on the first membrane 103. The predefined capacity 201 is already set in FIG. The second membrane of this embodiment is an electrically conductive magnetic material; this membrane is magnetized parallel or antiparallel to the direction Z, that is to say out of the plane. The second membrane 104 has a layer thickness of about 10 nm to about 20 μιη, depending on the desired pressure measurement range. The second membrane 104 is, for example, co-balt-iron-boron (CoFeBx). This material has an inherent coherence of out-of-plane anisotropy and can be deposited with standard available methods such as, for example, sputtering of atomic radiation. Alternatively, the second membrane 104 is permalloy. In this case, the magnetization out of the plane is during the deposition phase. Other suitable materials are, for example, Neodymium-Iron-Bor (NdFeBx), Nickel (Ni), Cobalt (Co) and Samarium-Cobalt (SmCos).
La première membrane 103 de tous les exemples de réalisation sauf indication contraire est en une matière électro-conductrice telle que, par exemple du carbure de silicium (SiC) ; le carbure de silicium a, selon la plage de mesure de pression, une épaisseur de couche de l’ordre de quelques cent nm jusqu’à quelques 10 μιη. Le carbure de silicium se caractérise par une forte conductivité thermique et des propriétés mécaniques avantageuses pour êtres appliquées comme membranes de détection de pression ainsi que des propriétés électriques. En variante, la première membrane 103 peut également être en silicium (Si) ou en un métal.The first membrane 103 of all the embodiments, unless otherwise indicated, is made of an electroconductive material such as, for example, silicon carbide (SiC); the silicon carbide has, according to the pressure measurement range, a layer thickness of the order of a few hundred nm up to some 10 μιη. Silicon carbide is characterized by high thermal conductivity and advantageous mechanical properties for being applied as pressure sensing membranes as well as electrical properties. Alternatively, the first membrane 103 may also be silicon (Si) or a metal.
La première membrane 103 et la seconde membrane 104 ont en vue de dessus sur le premier plan ou le second plan, de préférence une forme ronde ou en variante, carrée. D’autres formes sont également possibles. Des dimensions caractéristiques des formes se situent dans une plage de 10 pm jusqu’à quelques 100 pm. Des dimensions plus petites permettent une intégration simple du capteur de pression 100 à l’emplacement de son application comme, par exemple, directement dans les composants de tête de cylindre ou en particulier dans une bougie de préchauffage ou dans un injecteur.The first membrane 103 and the second membrane 104 have a top view on the first plane or the second plane, preferably a round or alternatively square shape. Other forms are also possible. Characteristic dimensions of the shapes are in the range of 10 μm up to some 100 μm. Smaller dimensions allow simple integration of the pressure sensor 100 at the location of its application such as, for example, directly in the cylinder head components or in particular in a glow plug or in an injector.
La ou les matières et l’épaisseur de la seconde membrane 104 dépendent fortement des moyens par lesquels l’unité de régulation 200 règle une capacité prédéfinie 201, c’est-à-dire les moyens pour activer la seconde membrane 104. Les différents moyens pour activer sont en autres l’état des exemples de réalisation présentés aux figures 8-11.The material or materials and the thickness of the second membrane 104 are strongly dependent on the means by which the control unit 200 regulates a predefined capacity 201, that is to say the means for activating the second membrane 104. The various means to activate are in others the state of the exemplary embodiments presented in FIGS. 8-11.
La figure 1 et la figure 2 montrent un capteur de pression 100 à actionnement magnétique. La seconde membrane 104 est en une matière électro-conductrice, aimantée. L’activation de la seconde membrane pour régler (3) la capacité prédéfinie 201 se fait dans ces formes de réalisation par un électro-aimant 102 installé sur le substrat 101 en face de la seconde membrane 104. L’électro-aimant 102 de cet exemple de réalisation est sous la forme d’une bobine plane 102”. Pour éviter des courts-circuits, la bobine plane 102” est isolée électriquement par une couche électro-isolante 102’ du substrat 101. La couche isolante 102’ n’est plus présentée explicitement dans les figures suivantes. A la figure 3 on a représenté une vue de dessus du substrat 101 et de la bobine plane 102”. Pour le branchement électrique, la bobine plane 102” a, comme le montre la figure 3, un premier point de contact 109’ et un second point de contact 109” relié électriquement au substrat 100. Ces points de contact 109’, 109” permettent d’alimenter en courant la bobine plane 102”, par exemple, en technique de commutation intégrée dans un substrat 101. Lorsqu’un courant électrique traverse la bobine plane 102”, elle est entourée par un champ magnétique dont l’intensité est proportionnelle à l’intensité du courant électrique. Les lignes de champ magnétique sortent d’un plan parallèle au plan x-y de la bobine plane 102”. La bobine plane 102” génère ainsi un champ magnétique hors du plan. Selon la loi du magnétisme, la seconde membrane 104 se déforme dans ce champ magnétique. L’intensité du champ magnétique réglée par le courant électrique permet de régler la déformation de la seconde membrane 104. Cela permet ainsi de régler en conséquence la capacité du condensateur. En réglant un courant électrique approprié qui travers la bobine plane 102”, on règle 3 la capacité prédéfinie 201. L’intensité nécessaire est une mesure de la pression (1) qui produit la déformation de la première membrane 103.Figure 1 and Figure 2 show a pressure sensor 100 with magnetic actuation. The second membrane 104 is made of a magnetized electro-conductive material. The activation of the second membrane to adjust (3) the predefined capacity 201 is in these embodiments by an electromagnet 102 installed on the substrate 101 in front of the second membrane 104. The electromagnet 102 of this example embodiment is in the form of a plane coil 102 ". To avoid short circuits, the plane coil 102 "is electrically insulated by an electro-insulating layer 102 'of the substrate 101. The insulating layer 102' is no longer presented explicitly in the following figures. In Figure 3 there is shown a top view of the substrate 101 and the plane coil 102 ". For the electrical connection, the plane coil 102 "has, as shown in Figure 3, a first contact point 109 'and a second contact point 109" electrically connected to the substrate 100. These contact points 109', 109 "allow supplying power to the plane coil 102 ", for example, in integrated switching technique in a substrate 101. When an electric current passes through the plane coil 102", it is surrounded by a magnetic field whose intensity is proportional to the intensity of the electric current. The magnetic field lines emerge from a plane parallel to the x-y plane of the plane coil 102 ". The plane coil 102 "thus generates a magnetic field out of the plane. According to the law of magnetism, the second membrane 104 is deformed in this magnetic field. The intensity of the magnetic field regulated by the electric current makes it possible to adjust the deformation of the second membrane 104. This thus makes it possible to adjust the capacitance of the capacitor accordingly. By setting a suitable electric current through the plane coil 102 ", the preset capacity 201 is set. The required intensity is a measurement of the pressure (1) which produces the deformation of the first membrane 103.
Lorsque la pression (1) est inférieure à la pression de référence, la première membrane 103 selon la figure 2 subit un fléchissement dans la direction des valeurs z positives (non représenté). Dans ce cas, en appliquant un courant électrique à la bobine plane 102” on génère un champ magnétique qui repousse la seconde membrane 104 qui subit ainsi un fléchissement en direction des valeurs positives de l’axe z. Dans ce cas, également on a le réglage (3) de la capacité prédéfinie 201 et ainsi la pression (1) est déterminée de façon analogue à ce qui est représenté à la figure 2.When the pressure (1) is lower than the reference pressure, the first membrane 103 according to Figure 2 undergoes a deflection in the direction of positive z-values (not shown). In this case, by applying an electric current to the plane coil 102 "a magnetic field is generated which repels the second membrane 104 which thus undergoes a deflection towards the positive values of the z axis. In this case, also the setting (3) of the predefined capacity 201 is set and thus the pressure (1) is determined in a manner analogous to that shown in FIG. 2.
La figure 4 montre le capteur de pression 100 de la figure 1 et de la figure 2 montrant le premier contact électrique 110’ de la première membrane 103 et le second contact électrique 110” de la seconde membrane 104. Le premier contact 110’ est en une matière électro-conductrice et réalise la liaison électrique entre le circuit intégré dans le substrat 101 et la première membrane 103. Le premier contact 110’ traverse selon la figure 4, la structure de maintien 107 et la structure de maintien 108. De façon analogue, le second contact 110” est en une matière électro-conductrice reliant électriquement le circuit intégré dans le substrat 101 et la seconde membrane 104. La figure 4 montre le second contact 110” dans la structure de support 108. Le premier contact 110’ et le second contact 110” permet de déterminer la capacité du condensateur, par exemple, en branchant le condensateur pour que sa capacité forme un circuit oscillant avec une bobine comme cela a été décrit ci-dessus.FIG. 4 shows the pressure sensor 100 of FIG. 1 and FIG. 2 showing the first electrical contact 110 'of the first membrane 103 and the second electrical contact 110 "of the second membrane 104. The first contact 110' is in an electrically conductive material and provides the electrical connection between the integrated circuit in the substrate 101 and the first membrane 103. The first contact 110 'crosses according to Figure 4, the holding structure 107 and the holding structure 108. Similarly the second contact 110 "is an electrically conductive material electrically connecting the integrated circuit in the substrate 101 and the second membrane 104. Figure 4 shows the second contact 110" in the support structure 108. The first contact 110 'and the second contact 110 "makes it possible to determine the capacitance of the capacitor, for example, by connecting the capacitor so that its capacitance forms an oscillating circuit with a coil like this has been described above.
La figure 5 montre un ordinogramme du procédé de détermination (3) de la pression (1) à l’aide d’un dispositif de capteur de pression comportant un capteur de pression 100 et une unité d’exploitation 203 pour déterminer (3) la pression (1) à partir du signal de réglage 202. Le procédé consiste à déformer (2) la première membrane 103 en appliquant la pression (1) à la première membrane 103, à régler (3) la capacité prédéfinie 201 du condensateur par l’unité de régulation 200, à déterminer (4) la pression (1) appliquée à la première membrane 103 à partir du signal de réglage 202. Dans cet exemple de réalisation on règle (3) la capacité prédéfinie 201 par l’unité de régulation 200. Le fonctionnement de l’unité de régulation 200 est présenté dans la description de la figure 6. La détermination (4) de la pression (1) agissant sur la première membrane 103 à partir du signal de réglage 202 se fait, dans cet exemple de réalisation, avec l’unité d’exploitation 203. L’unité d’exploitation 203 associe la pression (1) au signal de réglage 202 qui est réglé par la capacité prédéfinie 201. Cette correspondance peut se faire notamment à l’aide d’une courbe caractéristique. Pour établir la courbe caractéristique on effectue une mesure de calibrage pour associer la pression 1 au signal de réglage 202. Cette courbe caractéristique est enregistrée dans l’unité d’exploitation 203.FIG. 5 shows a flowchart of the method for determining (3) the pressure (1) using a pressure sensor device having a pressure sensor 100 and an operating unit 203 to determine (3) the pressure (1) from the setting signal 202. The method consists in deforming (2) the first membrane 103 by applying the pressure (1) to the first membrane 103, adjusting (3) the predefined capacity 201 of the capacitor by the control unit 200, to determine (4) the pressure (1) applied to the first membrane 103 from the adjustment signal 202. In this embodiment, the predetermined capacity 201 is adjusted (3) by the control unit 200. The operation of the control unit 200 is presented in the description of FIG. 6. The determination (4) of the pressure (1) acting on the first membrane 103 from the control signal 202 is done in this case. example of realization, with the operating unit 203. The operating unit 203 associates the pressure (1) with the setting signal 202 which is set by the predefined capacity 201. This correspondence can be done in particular using a characteristic curve . To establish the characteristic curve, a calibration measurement is made to associate the pressure 1 with the adjustment signal 202. This characteristic curve is recorded in the operating unit 203.
La figure 6 illustre le fonctionnement de l’unité de régulation 200 comportant un régulateur 206, une unité de mesure 207 et un élément de différence ou élément différentiel 208. Dans cet exemple de réalisation, la capacité prédéfinie 201 correspond à la première capacité. La première capacité est mesurée comme décrit en position de repos. La première capacité constitue la capacité prédéfinie 201, c’est-à-dire une valeur de consigne transmise à l’unité de régulation 200. L’unité de mesure 207 mesure sur le condensateur du capteur de pression 100 la valeur de la capacité qui correspond à une grandeur de mesure 209. L’élément de différence 208 de l’unité de régulation 200 forme la différence entre la capacité prédéfinie 201 et la grandeur de mesure 209. Cette différence est transmise au régulateur 206 comme différence de régulation 20 Γ. A partir de la différence de régulation 20 Γ, le régulateur fournit le signal de réglage 202. Le signal de réglage 202 est, par exemple, une intensité ou une tension électrique. Le signal de réglage 202 est transmis au capteur de pression 100 ou au dispositif de capteur de pression. Le signal de réglage 202 produit ainsi une modification de la capacité du condensateur. Dans un exemple de réalisation, le signal de réglage 202 déforme la seconde membrane 104, ce qui permet de régler la capacité prédéfinie 201 par la déformation de la seconde membrane 104. Si la capacité du condensateur correspond, c’est-à-dire si la grandeur de régulation 210 correspond à la capacité prédéfinie 201, la différence de régulation 201’ est égale à zéro. Le signal de réglage 202 pour lequel la grandeur de régulation 210 correspond à la capacité prédéfinie 201 est transmis à l’unité d’exploitation 203 qui associe, comme décrit ci-dessus, la pression (1) au signal de réglage. La grandeur physique qui correspond au signal de réglage 202 correspond entre autre à l’actionnement du réglage (3) pour la capacité prédéfinie. Le signal de réglage 202 de cet exemple de réalisation 200 est l’intensité du courant électrique traversant la bobine plane 102” pour l’entourer par ce champ magnétique. La seconde membrane magnétique 104 est ainsi déformée pour avoir la capacité prédéfinie 201 du condensateur. L’intensité du courant électrique produisant cette déformation est associée par l’unité d’exploitation 203 à la pression 1 agissant sur la première membrane 103. Le dispositif de capteur de pression donne ainsi la pression 1 agissant sur la première membrane 103. La pression 1 peut être la pression relative par rapport à l’état de repos ou la pression absolue. Cette dernière est possible si la première cavité 106 et la seconde cavité 105 ont une pression de référence connue, identique. Pour cela on a, par exemple, des perforations 112 dans la seconde membrane 104 comme cela est donné à titre d’exemple à la figure 7p.FIG. 6 illustrates the operation of the regulation unit 200 comprising a regulator 206, a measurement unit 207 and a difference element or differential element 208. In this exemplary embodiment, the predefined capacity 201 corresponds to the first capacitor. The first capacitance is measured as described in the rest position. The first capacity is the predefined capacity 201, that is to say a set value transmitted to the control unit 200. The measurement unit 207 measures on the capacitor of the pressure sensor 100 the value of the capacity which corresponds to a measurement variable 209. The difference element 208 of the control unit 200 forms the difference between the predefined capacity 201 and the measurement variable 209. This difference is transmitted to the regulator 206 as the control difference Γ. From the control difference 20 Γ, the controller provides the setting signal 202. The setting signal 202 is, for example, a current or voltage. The adjustment signal 202 is transmitted to the pressure sensor 100 or the pressure sensor device. The setting signal 202 thus produces a change in capacitance of the capacitor. In an exemplary embodiment, the adjustment signal 202 deforms the second membrane 104, which makes it possible to adjust the predefined capacity 201 by the deformation of the second membrane 104. If the capacity of the capacitor corresponds, that is to say if the regulation quantity 210 corresponds to the predefined capacity 201, the regulation difference 201 'is equal to zero. The setting signal 202 for which the regulation quantity 210 corresponds to the predefined capacity 201 is transmitted to the operating unit 203 which associates, as described above, the pressure (1) to the control signal. The physical quantity corresponding to the setting signal 202 corresponds, among other things, to the actuation of the setting (3) for the predefined capacity. The setting signal 202 of this embodiment 200 is the intensity of the electric current flowing through the plane coil 102 "to surround it with this magnetic field. The second magnetic membrane 104 is thus deformed to have the predefined capacity 201 of the capacitor. The intensity of the electric current producing this deformation is associated by the operating unit 203 with the pressure 1 acting on the first membrane 103. The pressure sensor device thus gives the pressure 1 acting on the first membrane 103. The pressure 1 may be the relative pressure with respect to the state of rest or the absolute pressure. The latter is possible if the first cavity 106 and the second cavity 105 have a known, identical reference pressure. For this we have, for example, perforations 112 in the second membrane 104 as given by way of example in Figure 7p.
Les figures 7a-7p présentent un procédé de fabrication du capteur de pression 100 de la figure 1 et de la figure 2 ou du dispositif de capteur de pression présenté dans ces figures. La figure 7a montre le substrat lOlportant une bobine plane 102” avec une couche isolante 102’ (celle-ci n’est pas représentée de manière explicite) comme électroaimant 102. A la figure 7b on a déposé une première couche sacrificielle 10’, par exemple en silicium (Si) ou en silicium-germanium (SiGe) sur le substrat 1 avec la bobine plane 102”. L’épaisseur de la première couche sacrificielle 10’ donne la distance d’écartement entre la seconde membrane 104 déposée ensuite et le substrat 101. La première couche sacrificielle 10’ se structure pour que notamment la partie du substrat 101 portant l’électroaimant 102 reste couverte par la première couche sacrificielle 10’ alors que la surface du substrat où il n’y a pas d’électroaimant 102 reste au moins partiellement dégagée. La figure 7c montre une autre couche déposée qui forme la structure de support 108. Cette autre couche remplit les zones dégagées de la surface du substrat pour que la structure de support 108 se termine à niveau avec la première couche sacrificielle 10’. Le cas échéant on peut aplanir parallèlement à la surface supérieure du substrat. La structure de support 108 est, par exemple, ouverte par un procédé de gravure en tranchée (procédé Bosch) dans la zone des contacts électriques de la première membrane 103 et de la seconde membrane 104. Cette étape est présentée à la figure 4. Ces ouvertures sont, comme le montre la figure 1, remplies d’un métal, par exemple avec de l’aluminium (Al). Ces ouvertures remplies de métal forment le premier contact 110’ et le second contact 110”. On dépose la seconde membrane 104 sur la première couche sacrificielle 10’ et la structure de support 108 pour relier électriquement la seconde membrane au second contact 110”. Les zones du premier contact 110’ restent dégagées pour que la seconde membrane 104 ne soit pas reliée électriquement au premier contact 110’. Cette situation est présentée à la figure 7f. A la figure 7g on munit la seconde membrane 104 de perforations 112 pour permettre l’accès de gravure à la première couche sacrificielle 10’. On dépose une seconde couche sacrificielle 10” sur la seconde membrane 104 et on réalise une structure pour que les dimensions dans le plan parallèle à la surface du substrat corresponde à celles de la première couche sacrificielle 10’ comme cela apparaît à la figure 7d.Figures 7a-7p show a method of manufacturing the pressure sensor 100 of Figure 1 and Figure 2 or the pressure sensor device shown in these figures. FIG. 7a shows the substrate 10 carrying a plane coil 102 "with an insulating layer 102 '(this is not explicitly represented) as electromagnet 102. In FIG. 7b a first sacrificial layer 10' has been deposited, by example silicon (Si) or silicon-germanium (SiGe) on the substrate 1 with the plane coil 102 ". The thickness of the first sacrificial layer 10 'gives the spacing distance between the second membrane 104 subsequently deposited and the substrate 101. The first sacrificial layer 10' is structured so that in particular the portion of the substrate 101 carrying the electromagnet 102 remains covered by the first sacrificial layer 10 'while the surface of the substrate where there is no electromagnet 102 remains at least partially disengaged. Figure 7c shows another deposited layer which forms the support structure 108. This other layer fills the open areas of the substrate surface so that the support structure 108 terminates level with the first sacrificial layer 10 '. If necessary, it can be flattened parallel to the upper surface of the substrate. The support structure 108 is, for example, opened by a trench etching process (Bosch method) in the area of the electrical contacts of the first membrane 103 and the second membrane 104. This step is shown in FIG. openings are, as shown in Figure 1, filled with a metal, for example with aluminum (Al). These metal-filled openings form the first contact 110 'and the second contact 110 ". The second membrane 104 is deposited on the first sacrificial layer 10 'and the support structure 108 for electrically connecting the second membrane to the second contact 110 ". The areas of the first contact 110 'remain unobstructed so that the second membrane 104 is not electrically connected to the first contact 110'. This situation is presented in Figure 7f. In FIG. 7g, the second membrane 104 is provided with perforations 112 to allow etching access to the first sacrificial layer 10 '. A second sacrificial layer 10 "is deposited on the second membrane 104 and a structure is made so that the dimensions in the plane parallel to the surface of the substrate correspond to those of the first sacrificial layer 10 'as shown in FIG. 7d.
La figure 7j montre le dépôt d’une couche formant la structure de maintien 107 et on aplanit éventuellement pour qu’elle forme, avec la seconde couche sacrificielle 10”, une surface plane, parallèle à la surface du substrat. La structure de maintien 107 sera ouverte dans la zone du premier contact 110’, par exemple, par une opération de gravure en tranchées (procédé Bosch) (figure 7h) et on remplit avec un métal, par exemple de l’aluminium (Al) (figure 71). A la figure 7m on applique la première membrane 103 sur la surface parallèle à la surface supérieure du substrat. Pour réaliser un accès 11 à la seconde couche sacrificielle 10” on ouvre la première membrane 103, par exemple, avec un laser comme le montre la figure 7n. La seconde couche sacrificielle 10” et la première couche sacrificielle 10’ s’enlèvent par exemple en appliquant un gaz de gravure par l’accès 11. Comme gaz de gravure conviennent, par exemple, des gaz contenant du fluor tel que du fluorure de Xénon (XeFa) ou du fluorure de chlore (CIF3). On arrive à la construction représentée à la figure 7o. On ferme l’accès 11, par exemple avec un laser. Lorsqu’on ferme il faut que le capteur de pression 100 ou le dispositif de capteur de pression reste dans un environnement à pression constante, par exemple connues choisies comme pression de référence pour qu’en fermant, cette pression reste conservé dans les cavités 105, 106. On peut ainsi utiliser ensuite le capteur de pression 100 également pour les mesures de pression absolue.FIG. 7j shows the deposition of a layer forming the holding structure 107 and is optionally flattened so that it forms, with the second sacrificial layer 10 ", a flat surface parallel to the surface of the substrate. The holding structure 107 will be open in the zone of the first contact 110 ', for example, by a trench etching operation (Bosch process) (FIG. 7h) and filled with a metal, for example aluminum (Al). (Figure 71). In Figure 7m is applied the first membrane 103 on the surface parallel to the upper surface of the substrate. To achieve access 11 to the second sacrificial layer 10 "is opened the first membrane 103, for example, with a laser as shown in Figure 7n. The second sacrificial layer 10 "and the first sacrificial layer 10 'can be removed, for example, by applying an etching gas via the access 11. Suitable etching gases are, for example, fluorine-containing gases such as Xenon fluoride. (XeFa) or chlorine fluoride (CIF3). We arrive at the construction shown in Figure 7o. The access 11 is closed, for example with a laser. When closing it is necessary that the pressure sensor 100 or the pressure sensor device remains in a constant pressure environment, for example known as a reference pressure so that when closing, this pressure remains in the cavities 105, 106. It is thus possible to use the pressure sensor 100 also for the absolute pressure measurements.
On peut réaliser les capteurs de pression 100 suivants ou les dispositifs de capteur de pression en appliquant un procédé analogue.The following pressure sensors 100 or pressure sensor devices can be made by applying a similar method.
Dans les exemples suivants on décrira à chaque fois un capteur de pression 100 avec différents actionnements. En intégrant l’unité d’exploitation 203 dans le substrat 101 on réalise un capteur de pression 100 ou un dispositif de capteur de pression même si cela n’est pas indiqué explicitement.In the following examples will be described each time a pressure sensor 100 with different actuations. By integrating the operating unit 203 in the substrate 101, a pressure sensor 100 or a pressure sensor device is produced even if this is not explicitly indicated.
La figure 8 montre un capteur de pression 100 ou un dispositif de capteur de pression avec un actionnement électrostatique. Le capteur de pression 100 peut correspondre au capteur de pression 100 de la figure 1 et de la figure 2 pour les matières utilisées et/ou les dimensions, mais, toutefois, à la place de l’électroaimant 102, on a une électrode d’excitation 111 sur le substrat 101 sur le côté 301 de la seconde membrane 104 non tourné vers la première membrane. A la figure 8, la seconde membrane 104 est en une matière électro-conductrice. On utilise, par exemple, des métaux réfractaires, tels que, par exemple du titane (Ti) ou du platine (Pt). En variante, la seconde membrane 104 peut être du carbure de silicium (SiC). Le réglage 3 de la capacité prédéfinie consiste à appliquer une tension électrique à la seconde membrane 104 et à l’électrode d’excitation 111. La seconde membrane 104 est ainsi soumise à une force électrostatique si bien que la seconde membrane 104 se déforme en direction de l’électrode d’excitation 111 en fonction de l’intensité de la tension appliquée. Le signal électrique 202 à partir duquel on détermine la pression 1 est la tension électrique pour laquelle la seconde membrane se déforme pour que le condensateur présente la capacité prédéfinie 201. La régulation ou l’exploitation se font de façon analogue à la régulation et à l’exploitation par actionnement magnétique comme cela a été décrit ci-dessus.Figure 8 shows a pressure sensor 100 or a pressure sensor device with electrostatic actuation. The pressure sensor 100 may correspond to the pressure sensor 100 of FIG. 1 and FIG. 2 for the materials used and / or the dimensions, but, instead of the electromagnet 102, there is an electrode of FIG. excitation 111 on the substrate 101 on the side 301 of the second membrane 104 not facing the first membrane. In Figure 8, the second membrane 104 is an electrically conductive material. For example, refractory metals such as, for example, titanium (Ti) or platinum (Pt) are used. Alternatively, the second membrane 104 may be silicon carbide (SiC). The setting 3 of the predefined capacitance consists in applying an electric voltage to the second membrane 104 and to the excitation electrode 111. The second membrane 104 is thus subjected to an electrostatic force so that the second membrane 104 is deformed in the direction of the excitation electrode 111 as a function of the intensity of the applied voltage. The electrical signal 202 from which the pressure 1 is determined is the voltage for which the second diaphragm is deformed so that the capacitor has the predefined capacitance 201. The regulation or operation is done in a similar way to the regulation and control. operation by magnetic actuation as has been described above.
Selon une variante de l’exemple de réalisation de la figure 8, la matière est de plus magnétique.According to a variant of the embodiment of Figure 8, the material is more magnetic.
La figure 9a montre une coupe d’un capteur de pression 100 ou d’un dispositif de capteur de pression avec actionnement thermique. Le capteur de pression 100 peut être identique au capteur de pression 100 de la figure 1 et de la figure 2 jusqu’à la seconde membrane 104 pour les matières et/ou les dimensions. Dans cet exemple de réalisation, le substrat ne comporte ni électrode d’excitation 111, ni électroaimant 111. De plus, la seconde membrane 104 de la figure 9a comporte deux couches 1041, 1042 et des perforations 112 comme le montre la figure 9b. La seconde couche 1042 est, par exemple, en dioxyde de silicium (SiCL) avec un autre coefficient de dilatation thermique (autre coefficient). La première couche 1041 est appliquée sur la seconde couche 1042. Cette première couche a un premier coefficient de dilatation thermique. Le premier et le second coefficients de dilatation thermique ne se correspondent pas et doivent être aussi différents que possible. La première couche 1041 et la seconde couche 1042 ont chacune une épaisseur de l’ordre de quelques 10 nm jusqu’à quelques μιη. Par exemple, la seconde couche 1042 est en dioxyde de silicium (S1O2) et la première couche 1041 est en titane (Ti). Le titane (Ti) se dilate à la chaleur beaucoup plus fortement que le dioxyde de silicium (S1O2). Lorsque la seconde membrane 104 chauffe, du fait des coefficients de dilatation thermique différents, cela se traduit par la déformation de cette seconde membrane 104. Lorsqu’un courant électrique traverse la seconde membrane 104, au moins partiellement, la chaleur de Joules, dégagée par le courant électrique chauffe la seconde membrane 104. A la figure 9a, la première couche 1041 est reliée électriquement au premier contact 110’. En variante, on peut également brancher les deux couches 1041, 1042. Le premier contact 110’ de cet exemple de réalisation sert à la fois à mesurer la capacité et aussi à alimenter la première couche 1041 pour que cette première couche 1041 et la seconde couche 1042 chauffent. La déformation de la seconde membrane 104 par activation thermique peut se régler en réglant l’intensité du courant électrique traversant la première couche comportant le condensateur ayant la capacité 201 prédéfinie. Le signal de réglage 202 d’où l’on détermine la pression 1 est l’intensité du courant électrique qui déforme la seconde membrane 104 pour que le condensateur présente la capacité 201 prédéfinie. La régulation et l’exploitation se font de façon analogue à la régulation et à l’exploitation pour l’actionnement magnétique qui a été décrit ci-dessus.Figure 9a shows a section of a pressure sensor 100 or a pressure sensor device with thermal actuation. The pressure sensor 100 may be identical to the pressure sensor 100 of Figure 1 and Figure 2 to the second membrane 104 for materials and / or dimensions. In this embodiment, the substrate has no excitation electrode 111 or electromagnet 111. In addition, the second membrane 104 of FIG. 9a comprises two layers 1041, 1042 and perforations 112 as shown in FIG. 9b. The second layer 1042 is, for example, silicon dioxide (SiCL) with another coefficient of thermal expansion (other coefficient). The first layer 1041 is applied to the second layer 1042. This first layer has a first coefficient of thermal expansion. The first and second thermal expansion coefficients do not match and must be as different as possible. The first layer 1041 and the second layer 1042 each have a thickness of the order of some 10 nm up to a few μιη. For example, the second layer 1042 is of silicon dioxide (S102) and the first layer 1041 is of titanium (Ti). Titanium (Ti) expands much more heat than silicon dioxide (SiO2). When the second membrane 104 heats, due to different thermal expansion coefficients, this results in the deformation of this second membrane 104. When an electric current flows through the second membrane 104, at least partially, the heat of Joules, released by the electric current heats the second membrane 104. In Figure 9a, the first layer 1041 is electrically connected to the first contact 110 '. Alternatively, one can also connect the two layers 1041, 1042. The first contact 110 'of this embodiment serves both to measure the capacity and also to supply the first layer 1041 so that the first layer 1041 and the second layer 1042 warm up. The deformation of the second membrane 104 by thermal activation can be adjusted by adjusting the intensity of the electric current flowing through the first layer comprising the capacitor having the predefined capacity 201. The setting signal 202 from which the pressure 1 is determined is the intensity of the electric current which deforms the second membrane 104 so that the capacitor has the predefined capacitance 201. The regulation and operation are analogous to the regulation and operation for the magnetic actuation described above.
La figure 10 montre une section d’un capteur de pression 100 ou d’un dispositif de capteur de pression avec actionnement piézoélectrique. Le capteur de pression 100 est identique au capteur de pression 100 de la figure 1 et de la figure 2 pour les matières et/ou les dimensions, mais la seconde membrane 104 est toutefois réalisée avec d’autres matières. Dans cet exemple, le substrat 101 n’a pas d’électrode d’excitation 111 ni d’électroaimant 111. La seconde membrane de la figure 10 a une troisième couche 1043 en un métal, par exemple en titane (Ti) ou aluminium (Al) et une couche piézoélectrique 1044, 1042. La seconde membrane 104 de cet exemple de réalisation a des perforations 112 comme celles présentées, par exemple, à la figure 9b.Figure 10 shows a section of a pressure sensor 100 or a pressure sensor device with piezoelectric actuation. The pressure sensor 100 is identical to the pressure sensor 100 of FIG. 1 and FIG. 2 for the materials and / or the dimensions, but the second membrane 104 is however made with other materials. In this example, the substrate 101 has no excitation electrode 111 or electromagnet 111. The second membrane of FIG. 10 has a third layer 1043 made of a metal, for example titanium (Ti) or aluminum ( Al) and a piezoelectric layer 1044, 1042. The second membrane 104 of this embodiment has perforations 112 such as those shown, for example, in FIG. 9b.
La troisième couche 1043 sert à mesurer la capacité du condensateur et pour cela il est relié électriquement au second contact 110”. Le second contact 110” relie la troisième couche mécaniquement électriquement au substrat 101 ou au circuit intégré dans le substrat 101. La couche piézoélectrique 1044 est en une matière piézoélectrique telle que, par exemple, du zirconate-titanate de plomb (PZT). La couche piézoélectrique 1044 est reliée au substrat par un troisième contact électrique 110”’ qui peut être un circuit intégré. La couche piézoélectrique 1044 change de longueur c’est-à-dire se déforme mécaniquement lorsqu’une tension électrique est appliquée à cette couche piézoélectrique 1044. La tension électrique est appliquée à la couche piézoélectrique 1044 par le troisième contact 110’”. La déformation de la couche piézoélectrique 1044 se traduit par une déformation de la troisième couche 1043 car cette troisième couche 1043 est appliquée sur la couche piézoélectrique 1044 et la déformation se transmet par la liaison entre les couches 1043, 1044. Ainsi, en appliquant une tension électrique à la couche piézoélectrique 1044 on déforme la seconde membrane 104 et on modifie ainsi la capacité du condensateur. Le signal de réglage 202 à partir duquel on obtient la pression 1 est ici la tension électrique qu’il faut appliquer pour déformer la seconde membrane 104 pour que le condensateur présente la capacité prédéfinie 201. La régulation et l’exploitation se font de façon analogue à la régulation et à l’exploitation par actionnement magnétique comme cela a été décrit ci-dessus.The third layer 1043 serves to measure the capacity of the capacitor and for this it is electrically connected to the second contact 110 ". The second contact 110 "connects the third layer mechanically electrically to the substrate 101 or to the integrated circuit in the substrate 101. The piezoelectric layer 1044 is made of a piezoelectric material such as, for example, lead zirconate titanate (PZT). The piezoelectric layer 1044 is connected to the substrate by a third electrical contact 110 "'which may be an integrated circuit. The piezoelectric layer 1044 changes length, that is to say, is mechanically deformed when an electric voltage is applied to this piezoelectric layer 1044. The voltage is applied to the piezoelectric layer 1044 by the third contact 110 '". The deformation of the piezoelectric layer 1044 results in a deformation of the third layer 1043 because this third layer 1043 is applied to the piezoelectric layer 1044 and the deformation is transmitted by the connection between the layers 1043, 1044. Thus, by applying a voltage The second membrane 104 is deformed to the piezoelectric layer 1044 and the capacitance of the capacitor is thus modified. The setting signal 202 from which the pressure 1 is obtained is here the electrical voltage that must be applied to deform the second membrane 104 so that the capacitor has the predefined capacity 201. Regulation and operation are analogous to regulation and operation by magnetic actuation as described above.
La figure 6 montre la section d’un capteur de pression 100 ou d’un dispositif de capteur de pression avec actionnement magnétostrictif. Le capteur de pression 100 peut être identique au capteur de pression 100 de la figure 1 et de la figure 2 pour les matières et/ou les dimensions, mais la seconde membrane 104 est réalisée avec d’autres matières. La seconde membrane 104 comporte à la figure 11, une première couche magnétostrictive 1045’, par exemple réalisée en des alliages fer-galium, terfénol-D, fer de cobalt (Coi-xFex) ou de l’oxyde de fer-cobalt (CoFeaCH), avec des épaisseurs de couches de moins de quelques 10 nm jusqu’à quelques μιη. De façon générale, il est avantageux de réaliser la première couche magnétostrictive 1045’ en une matière magnétostrictive ayant un coefficient de dilatation relativement élevé et une température de Curie, élevée comme cela est, par exemple, le cas pour les matières citées ci-dessus. En effet, même à des températures très élevées, les propriétés magnétiques de ces matières ne changent pas. Le capteur de pression 100 est ainsi résistant vis-à-vis de températures variables et de fortes différences de température. Si la seconde membrane 104 est au moins partiellement traversée par un champ magnétique, du fait de la magnétostriction, cette seconde membrane 104 change de longueur. La magnétostriction se caractérise de façon générale à la variation de longueur de la matière magnétostrictive suivant l’axe correspondant à la direction des lignes du champ magnétique dans la matière. Les lignes du champ magnétique de la figure 11 ont une composante dans un plan parallèle au plan x, y. Cela se traduit par une variation de longueur de la seconde membrane 104 et ainsi à une déformation de la seconde membrane 104 modifiant la capacité du condensateur. L’électroaimant 102 de la figure 11 est notamment une bobine plane 102” comme celle présentée à la figure 1, à la figure 2 et à la figure 3. Cela se traduit néanmoins par un champ magnétique hors plan. Ainsi, la structure de maintien 104 dans le cas d’une bobine plane 102’ est en une matière magnétique telle que, par exemple du Permalloy ou du fer (Fe). La structure de maintien 107 fonctionne néanmoins comme guidage du flux pour dévier le champ magnétique généré par la bobine plane 102”. Le premier contact 110’ et le second contact 110” sont dans ce cas isolés l’un de l’autre par de minces couches d’isolation électrique. Lorsqu’un courant électrique traverse la bobine plane 102” ou l’électroaimant 102, celui-ci ou celle-ci sont entourés par un champ magnétique. La seconde membrane 104 est exposée à ce champ magnétique. Lorsque le sens du courant s’inverse, la direction du champ magnétique s’inverse également. L’intensité du courant électrique permet de régler la déformation de la seconde membrane 104 et ainsi la capacité du condensateur. Le signal de réglage 202 pour déterminer la pression 101 est ici l’intensité du courant électrique qu’il faut appliquer pour déformer la seconde membrane 104 pour avoir la capacité prédéfinie 201 du condensateur. La régulation et l’exploitation se font de façon analogue à la régulation et à l’exploitation pour l’actionnement magnétique décrit ci-dessus.Figure 6 shows the section of a pressure sensor 100 or magnetostrictive pressure sensor device. The pressure sensor 100 may be identical to the pressure sensor 100 of FIG. 1 and FIG. 2 for materials and / or dimensions, but the second membrane 104 is made of other materials. The second membrane 104 comprises in FIG. 11 a first magnetostrictive layer 1045 ', for example made of iron-galium, terfenol-D, cobalt iron (Co-xFex) or iron-cobalt oxide (CoFeaCH) alloys. ), with layer thicknesses of less than a few 10 nm up to a few μιη. In general, it is advantageous to make the first magnetostrictive layer 1045 'of a magnetostrictive material having a relatively high coefficient of expansion and a Curie temperature, as is the case, for example, for the materials mentioned above. Indeed, even at very high temperatures, the magnetic properties of these materials do not change. The pressure sensor 100 is thus resistant to variable temperatures and large differences in temperature. If the second membrane 104 is at least partially traversed by a magnetic field, because of the magnetostriction, this second membrane 104 changes length. Magnetostriction is generally characterized by the variation in length of the magnetostrictive material along the axis corresponding to the direction of the lines of the magnetic field in the material. The lines of the magnetic field of FIG. 11 have a component in a plane parallel to the x, y plane. This results in a variation in the length of the second membrane 104 and thus in a deformation of the second membrane 104 modifying the capacity of the capacitor. The electromagnet 102 of Figure 11 is in particular a plane coil 102 "as that shown in Figure 1, Figure 2 and Figure 3. This nevertheless results in a magnetic field out of plane. Thus, the holding structure 104 in the case of a plane coil 102 'is made of a magnetic material such as, for example Permalloy or iron (Fe). The holding structure 107 nevertheless functions as a flux guide to deflect the magnetic field generated by the plane coil 102 ". The first contact 110 'and the second contact 110 "are in this case isolated from each other by thin layers of electrical insulation. When an electric current passes through the plane coil 102 "or the electromagnet 102, the latter or the latter are surrounded by a magnetic field. The second membrane 104 is exposed to this magnetic field. When the direction of the current is reversed, the direction of the magnetic field is reversed as well. The intensity of the electric current makes it possible to adjust the deformation of the second membrane 104 and thus the capacity of the capacitor. The setting signal 202 for determining the pressure 101 is here the intensity of the electric current that must be applied to deform the second membrane 104 to have the predefined capacity 201 of the capacitor. The regulation and operation are analogous to the regulation and operation for the magnetic actuation described above.
Selon la figure 11, une seconde couche magnétostrictive 1045” est appliquée sur le côté de la première membrane à l’opposé de la première couche magnétostrictive 1045’. Celle-ci est prévue en option pour avoir une déformation plus efficace de la seconde membrane 104. La seconde couche magnétostrictive 1045” est, par exemple en sama-rium-Fer (SmFe2) ou samfenol-D et à un coefficient de dilatation opposé à celui de la première couche magnétostrictive 1045’. Cela signifie que la seconde couche magnétostrictive 1045” se rétracte lorsque la première couche magnétostrictive 1045’ se dilate ou inversement. Comme les deux couches 1045’, 1045” sont reliées l’une à l’autre, cela amplifie la déformation pour le même champ magnétique.According to Fig. 11, a second magnetostrictive layer 1045 "is applied on the side of the first membrane opposite the first magnetostrictive layer 1045 '. This is optionally provided to have a more efficient deformation of the second membrane 104. The second magnetostrictive layer 1045 "is, for example in sama-rium-iron (SmFe2) or samfenol-D and at a coefficient of expansion opposite to that of the first magnetostrictive layer 1045 '. This means that the magnetostrictive second layer 1045 "retracts when the first magnetostrictive layer 1045 'expands or vice versa. As the two layers 1045 ', 1045 "are connected to each other, this amplifies the deformation for the same magnetic field.
NOMENCLATURE DES ELEMENTS PRINCIPAUX (Nomenclature limitée aux éléments principaux) 1, 2, 3, 4 Etapes du procédé pour déterminer la pression avec une unité d’exploitation 100 Capteur de pression 102 Electroaimant 103 Première membrane 104 Seconde membrane / première cavité 107 Structure de maintien 111 Electrode d’excitation 112 Perforation dans la seconde membrane 104 200 Unité de régulation 201 Capacité prédéfinie 202 Signal de réglage 203 Unité d’exploitation 300 Première surface limite 301 Côté de la seconde membrane 104 1041 Première couche sur la seconde membrane 104 1042 Seconde couche sur la seconde membrane 104 1043 Troisième couche 1044 Couche piézoélectriqueNOMENCLATURE OF MAIN ELEMENTS (Nomenclature limited to main elements) 1, 2, 3, 4 Process steps for determining the pressure with an operating unit 100 Pressure sensor 102 Solenoid 103 First diaphragm 104 Second diaphragm / first cavity 107 Holding structure 111 Excitation electrode 112 Perforation in the second membrane 104 200 Control unit 201 Predefined capacity 202 Control signal 203 Operating unit 300 First limit surface 301 Second membrane side 104 1041 First layer on the second membrane 104 1042 Second layer on the second membrane 104 1043 Third layer 1044 Piezoelectric layer
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