KR20080063293A - 차압 감지용 시스템 및 방법 - Google Patents

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Abstract

차압 감지 시스템이 제공된다. 감지 시스템은 그 내부에서 직경 방향으로 연장되는 채널을 갖고, 상기 채널의 반경 방향 외측에 제공되는 하나 이상의 캐비티 및 상기 채널에 배치되고 요구되는 주파수로 진동하도록 구성되는 적어도 하나의 공진 비임을 포함하는 막층을 포함한다. 시스템은 막층에 있어서의 변형을 나타내는 적어도 하나의 공진 비임의 진동을 검지하도록 구성된 감지 회로를 더 포함한다.

Description

차압 감지용 시스템 및 방법{SYSTEM AND METHOD FOR SENSING DIFFERENTIAL PRESSURE}
본 발명은 일반적으로 센서에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 공진 차압 센서에 관한 것이다.
종래의 차압 센서는 센서의 2 측면 사이의 차압을 측정하도록 설계되어 있다. 예로서, 종래의 차압 센서는 상기 센서의 구성요소(들) 상의 2 영역의 압력의 실효과를 계산함으로써 2개의 관심 영역 사이의 차압을 검지한다. 가혹한 산업 환경에 적용될 때, 종래의 압력 센서는 종종 보다 견고한 구성을 필요로 한다. 예를 들어, 만약 차압 센서가 상대적으로 높은 압력 및/또는 높은 온도 환경에 노출된 경우, 상기 압력 센서의 노출된 구성요소는 이러한 조건을 수용할 수 있을 정도로 충분히 견고한 것이 유리하다.
그러나, 이러한 종래의 차압 센서에 있어서, 이와 같은 고압(즉, 가혹한) 환경에서의 작동을 용이하게 하는 특성 및 특징은 센서의 감도 한계(resolution)에 부정적인 영향을 미칠 수 있다. 즉, 고압 환경을 견디기에 충분히 견고한 종래의 차압 센서는 예를 들어, 주변 환경의 압력 차이보다 적은 양의 2개의 관심 영역 사이의 차압을 검지할 수 없다. 예를 들어, 공진 차압 센서는 5000psi의 압력에 견 디기에 충분히 견고하나, 일반적으로, 예를 들어 ±10psi의 차압을 검지하는 충분한 감도능(resolutional capability)을 갖지 않는다. 이는 종래의 공진 압력 센서는 압력 센서의 다이어프램 사이의 폐쇄형 밀봉체 내에 진공을 포함하며, 이에 따라 다이어프램 각각에 높은 압력이 작용하고, 상기 다이어프램이 내부로 불룩해지는 경향이 발생할 수 있기 때문이다.
따라서, 예를 들어 높은 라인 압력에 견디면서, 높은 감도를 갖는 차압 감지 능력을 제공할 수 있는 압력 감지 시스템 및 방법에 대한 요구가 존재한다.
본원 기술의 일 측면에 따라, 차압 감지 시스템이 제공된다. 상기 시스템은, 그 내부에서 직경 방향으로 연장되는 채널을 갖고, 상기 채널의 반경 방향 외측에 제공되는 하나 이상의 캐비티 및 상기 채널에 배치되어 요구되는 주파수로 진동하도록 구성되는 적어도 하나의 공진 비임을 구비하는 막층을 포함한다. 시스템은 막층에 있어서의 변형을 나타내는 적어도 하나 이상의 공진 비임의 진동을 검지하도록 구성된 감지 회로를 더 포함한다.
본원 기술의 다른 측면에 있어서, 고정식 지지 구조체와, 상기 고정식 지지 구조체에 결합되는 제 1 및 제 2 막층을 포함하는 차압 센서가 제공된다. 제 1 및 제 2 막층은 그 내부에 적어도 하나의 캐비티를 형성하도록 협력한다. 센서는. 상기 캐비티 내부에 배치되고, 공진 주파수에서 진동하도록 구성되는 공진 부재 및 상기 제 1 및 제 2 막층에 접합되고, 상기 공진 부재에 결합되는 하나 이상의 메사를 더 포함한다. 메사는 제 1 막층에 발생된 변형을 제 2 막층 및 적어도 하나의 공진 부재로 전달하도록 구성된다.
본원 기술의 대안적인 실시예에서, 차압 센서 제조 방법이 제공된다. 상기 방법은 고정식 지지 구조체 내에 제 1 채널을 포함하는 제 1 막층을 배치하는 단계와, 상기 고정식 지지 구조체 내에 제 2 채널을 포함하는 제 2 막층을 배치하는 단계를 포함하여, 제 1 및 제 2 막층이 막을 형성하고, 제 1 및 제 2 채널이 폐쇄형 채널을 형성하게 된다. 폐쇄형 채널은 막의 주변부로 연장된다. 상기 방법은 상기 막의 주변부 내에 에칭된 하나 이상의 캐비티를 배치하고, 폐쇄형 채널 내에 활주 가능한 적어도 하나의 공진 비임을 배치하는 단계를 더 포함한다. 하나 이상의 필러가 막의 주변부에서 하나 이상의 캐비티 내에 적어도 하나의 공진 비임을 지지한다.
이러한 이점 및 특징과, 그 외 다른 이점 및 특징은 첨부되는 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 이하의 상세한 설명을 통해 보다 용이하게 이해될 것이다.
도 1은 본 기술의 예시적인 실시예에 따른 차압 감지 시스템의 개략도,
도 2는 본 기술의 예시적인 실시예에 따른 차압 센서의 단면도,
도 3은 본 기술의 예시적인 실시예에 따른 차압 센서의 확대도,
도 4는 본 기술의 예시적인 실시예에 따른 차압 센서의 단면도,
도 5는 본 기술의 예시적인 실시예에 따른 차압 센서의 단면도.
이하에서, 산업 시스템 내의 압력 차이를 측정하기 위한 방안이 상세하게 설명될 것이다. 이하에 설명되는 방안은 높은 라인-압력 환경에 있어서 고-감도 차압의 측정을 제공 및 용이하게 한다. 당해 기술 분야의 당업자에 의해 이해되는 예비 지식으로서, 라인-압력이란 다이어프램에 독립적으로 작용하는 압력이며, (단일 다이어프램 차압 센서의) 다이어프램의 두 표면 또는 (2-다이어프램 차압 센서의) 2개의 다이어프램에 작용하는 라인-압력 사이의 차이를 차압이라 한다. 본 기술의 다양한 측면이 이하의 도면을 참조하여 예로서 설명될 것이다.
도 1을 참조하여 보면, 압력 감지 기술은 전체적으로 도면 번호 "10"으로 표시된 압력 감지 시스템을 참조하여 설명될 것이다. 그러나, 이하에 설명되는 압력 센서는 설정 작업 및 시스템에 이르는 분야에 적용될 수 있으며, 설명되는 압력 감지 분야에서의 사용은 이러한 적용 분야 중 하나임을 이해하여야 한다. 도 1은 산업 분야에서의 사용을 위한 차압 센서(12)를 갖는 예시적인 압력 감지 시스템(10)의 개략적인 도면을 도시한다. 예로서, 산업 분야는 이에 한정되는 것은 아니나, 몇 가지 예를 들자면 배관 적용 분야, 기름 시추 적용 분야, 도관 및 화학적 제조 분야에서의 차압 측정을 포함한다. 산업 분야는 배관, 압력 챔버, 유동 장치 또는 유사한 적용 분야를 더 포함할 수 있다. 차압 센서(12)는 압력 챔버, 유동 장치, 펌프 라인 또는 혼합 챔버와 같은 산업 유닛(14) 또는 본 발명의 관점에서 동업계의 당업자에게 이해되는 바와 같은 유사한 적용 분야에 배치된다.
산업 유닛(14)은 서로 동일하거나 상이할 수 있는 압력의 제 1 영역(16) 및 제 2 영역(18)을 포함한다. 상기 2개의 영역(16, 18)은 배리어(20)에 의해 서로 분리된다. 센서(12)는 2개의 영역(16, 18) 사이의 압력 차이를 측정한다. 센서(12)는 약 0.1psi 내지 약 15psi의 범위의 낮은 차압을 측정할 수 있는 것으로 여겨지며, 약 1000psi 내지 약 5000psi의 고 정압을 견디기에 충분히 견고한 것으로 여겨진다. 압력 센서(12)의 구성요소 또는 일련의 구성요소 상의 제 1 및 제 2 영역(즉, 각각 "16" 및 "18") 사이의 압력의 순 효과를 결정함으로써, 센서(12)는 상기 2개의 영역(16, 18) 사이의 압력의 차이를 결정한다. 사실상, 이하 보다 상세하게 설명되는 바와 같이, 예시적인 센서(12)는 상대적으로 높은 압력 환경(예를 들어, 약 ±5000psi)을 견딜 뿐 아니라, 상대적으로 낮은 압력 차이(예를 들어, 약 ±10psi)를 용이하게 측정할 수 있는 특징을 나타낸다. 또한, 센서(12)는 보다 높은 압력 차이도 용이하게 감지하는 특징을 나타낸다.
시스템(10)은 제어 회로(22), 감지 회로(24) 및 처리 회로(26)와 같은 압력 감지 구성요소와 연결되는 다른 기능식 구성요소를 포함한다. 센서(12)에 결합되는 제어 회로(22)는 센서(12)의 하나 이상의 공진 장치의 여기를 용이하게 하여 고유 공진 주파수에서 공진 장치 각각을 진동시킨다. 이러한 여기 및 이에 따른 진동에 대한 상세한 설명은 이하 추가로 설명된다. 감지 회로(24)는 동 기술 분야의 당업자에게 이해되는 바와 같이 공진 장치의 진동에 있어서의 변경이 막층의 변형에 대응되기 때문에, 센서(12)에 존재하는 공진 장치의 진동에 있어서의 변화를 측정함으로써 막의 변형을 검지한다. 감지 회로(24)로부터의 출력 데이터는 처리 회로(26)에 의해 처리되어 센서(12)에 의해 측정된 차압을 나타내는 값을 형성한다. 시스템(10)은 통신 회로(28), 데이터베이스(30) 및 원거리 모니터링 센터(32)를 더 포함한다. 데이터베이스(30)는 예를 들어, 주위 환경의 압력 차이에 대해 발생되는 정보 및 센서(12)에 대한 예비 정보와 같은 시스템(10)에 관련되고 유용한 정보를 저장하도록 구성된다. 또한, 데이터베이스(30)는 특정 적용예 또는 사용에 요구될 수 있는 것과 같이, 감지 회로(24) 또는 처리 회로(26)로부터의 정보를 저장하도록 구성된다. 이하 상세하게 설명되는 바와 같이, 데이터베이스(30)는 예를 들어, 원격 모니터링 센터(32)와 같이 원거리에 있거나 국부적으로 위치될 수 있다.
예시적인 실시예에서, 통신 회로(28)는 처리 회로(26)로부터 데이터 신호(34)를 수신하여 도시된 원격 모니터링 센터(32)와 같은 원격 장소로 상기 데이터 신호를 발신한다. 통신 회로(28)는 상기 통신 회로(28)가 원격 모니터링 센터(32)와 데이터 신호(34)를 통신하도록 할 수 있는 하드웨어 및/또는 소프트웨어를 포함한다. 다양한 실시예에서, 통신 회로(28)는 셀 방식 프로토콜(cellular protocol), 무선 프로토콜, 무선 주파수 프로토콜 등에 따라 원격 모니터링 센터(32)에 데이터 신호를 통신하도록 구성된다. 물론, 당업자라면 모든 유형의 통신 프로토콜이 적용될 수 있음을 이해할 것이다.
이제 도 2를 참조하면, 시스템(10)과 같은 압력 감지 시스템용 차압 센서(36)에 대한 하나의 예시적인 실시예의 단면도가 도시되어 있다. 압력 센서(36)는 다이어프램으로서 기능하는 2개의 막층(40, 42)에 대한 구조적 지지를 위한 고정식 지지 구조체(38)를 포함한다. 고정식 지지 구조체(38)는 원형 구조체, 직사각형 구조체, 정사각형 구조체 또는 2개의 가압 환경 사이에서 압력 차이를 용이하 게 측정할 수 있는 폐쇄형 또는 개방형 구조체로서 구성될 수 있다. 이러한 실시예에 있어서, 2개의 다이어프램(40, 42)은 이러한 구조체에 의해 캐비티(44)가 형성 및 규정되도록 상기 고정식 지지 구조체(38)에 결합된다. 상기 캐비티(44)는 내부에 진공 영역을 둘러싸기 위해 소개될 수 있다.
공진 부재 또는 공진 비임(46)이 상기 캐비티(44) 내에 배치된다. 공진 비임(46)은 도 1에 도시된 제어 회로(22)에 내장되는 정적 액추에이터(electrostatic actuator)를 통해 여기될 수 있다. 따라서, 공진 비임(46)은 그 고유 공진 주파수에서 진동하도록 이루어진다. 그러나, 공진 비임(46)이 차압에 의한 변형에 의해 야기되는 변형에 종속될 때, 공진 비임의 진동의 공진 주파수는 고유 공진 주파수로부터 변형된다. 공진 주파수에 있어서 이러한 변형 및 변경은 예를 들어, 압력, 무게, 응력 등과 같은 상당량의 힘을 나타내기 위해 설정될 수 있다. 또한, 센서(36)는 일련의 메사(mesa; 48, 50)를 포함한다. 공진 비임(46)은 메사(48) 사이에 개재되고, 센서(36)의 중앙을 따라 대칭적으로 위치되며, 메사(50)를 관통한다. 비록, 도 2에 3세트의 메사가 도시되어 있지만, 소정의 개수의 메사가 구성될 수 있다. 도시된 바와 같이 중앙 메사(50)는 주변 메사(48)가 차지하는 영역보다 큰 영역을 차지하도록 구성될 수 있다. 중앙 메사(50)의 보다 큰 영역은 막층(40)에 수직으로 작용하는 힘 성분을 막층(42)으로 전달하고, 또한 그 역의 관계로도 전달하여, 공진 부재(46)의 변형이 2개의 막층에 작용하는 압력에 있어서의 차이에 비례하도록 한다. 메사의 영역이 크면 클수록, 막층(40, 42)의 라인 압력 감도로 인한 손실이 감소한다는 것은 당업자에게 이해될 것이다.
캐비티(44) 내에서, 메사(48)는 고정식 지지 구조체(38)와 메사(50) 사이에 비대칭적으로 배치될 수 있음을 유의할 필요가 있다. 메사(48)의 비대칭적인 배치는 라인 압력 감도에 근거할 수 있다. 이러한 메사 비대칭은 2개의 막층(40, 42)의 라인 압력 감도를 용이하게 제거한다.
도 3을 참조하면, 차압 센서(37)의 확대도가 도시된다. 도시된 바와 같이, 압력 센서(37)는 2개의 막층 또는 다이어프램(40, 42)을 지지하는 고정식 지지 구조체(38)를 포함한다. 다이어프램(40, 42) 및 고정식 지지 구조체(38)는 그 내부에 형성된 캐비티 내에서 진공압을 에워싼다. 캐비티는 비임 지지체(54)에 의해 고정식 지지 구조체(38)에 결합되는 메사(52)를 포함한다. 상기 메사(52)를 통해, 공진 비임과 같은 하나 이상의 공진 부재(56)가 배열된다. 다이어프램(40, 42) 및 메사(52)는 메사(48)를 사용하여 함께 접합될 수 있다. 도시된 바와 같이, 중앙 메사(50)는 다른 메사(48)에 비해 크며, 이러한 메사(50)는 다이어프램(40, 42)을 결합하는 단일 구조체이다. 이러한 구조체는 다이어프램(42)에 작용하는 힘에 대항하기 위해 다이어프램(40) 상에 가해지는 압력에 의해 작용하는 힘의 전달을 용이하게 하며, 또는 그 역의 관계가 성립되도록 한다. 따라서, 만약 P1이 다이어프램(40)에 작용하는 압력이고, P2가 다이어프램(42)에 작용하는 압력이며, P1>P2인 경우라면, 다이어프램(40, 42)은 일렬로 하방으로 이동하여 메사(52)가 압력에 있어서의 차이, 즉 P1~P2에 비례하여 측방으로 이동하게 될 것이다. 메사(52)의 이러한 측방 이동은 공진 부재(56)가 변형되는 결과를 가져올 것이다.
공진 부재(56)는 도 1에 도시된 제어 회로(22)에 내장된 정전 액추에이터를 통해 활성화된다. 공진 부재(56)는 상기 공진 부재가 여기되거나 활성화될 때 진동하게 되는 고유 공진 주파수를 갖는다. 그러나, 공진 부재(56)가 변형에 종속되는 경우, 공진 부재의 진동의 공진 주파수는 고유 공진 주파수로부터 변경된다. 공진 주파수에 있어서의 이러한 변형 또는 변경은 예를 들어, 압력, 중량, 응력 등과 같은 상당량의 힘을 나타내기 위해 설정된다.
도 4는 차압 센서(58)의 대안적인 실시예에 대한 단면도이다. 압력 센서(58)는 2개의 다이어프램 또는 막층(60, 62)이 배치되는 고정식 지지 구조체(38)를 포함한다. 다이어프램(60, 62)은 대형 메사 구조체(64)에 의해 지지되고 결합된다. 제조 동안, 고정식 지지체(38) 및 메사 구조체(64)는 단일 고정식 지지체 및 단일 메사 구조체를 형성하기 위해 접합되는 2층의 고정식 지지체 및 2층의 메사 구조체를 포함할 수 있다. 공진 비임 또는 공진 부재(66)는 메사(64) 내의 채널을 관통한다. 이러한 공진 부재(66)는 양 단부에서 2개의 필러형 소형 메사(68) 상에 지지되도록 구성된다.
센서(58)의 기능은 도 2 및 도 3을 참조하여 전술된 압력 센서 실시예와 유사하다. 크기(P1)의 압력이 다이어프램(60)에 작용하고, 크기(P2)의 압력이 다이어프램(62)에 작용할 때, 예를 들어, P1>P2이면, 2개의 다이어프램(60, 62)은 메사 구조체(64)와 함께 하방으로 이동할 것이다. 메사 구조체(68)는 공진 부재(66)가 하방으로 이동할 수 있도록 압력에 있어서의 차이(P1~P2)로 인한 힘을 안내하는 대신, 공진 부재(66)가 측면 방향으로 흔들리는 것을 용이하게 한다. 따라서, 압력 차이(P1~P2)에 대한 정확한 판독이 얻어질 수 있다. 만약, 중앙 메사 구조체(64)가 충분히 크기 않다면, 다이어프램(60, 62)에 있어서 국부적인 침하 가능성이 발생할 수 있는데, 이는 라인 압력(P1, P2)이 대략 수천 psi 정도의 크기로 매우 클 수 있고, 고정식 지지 구조체(38) 및 다이어프램에 의해 형성된 캐비티가 진공압을 에워싸기 때문이다라는 점을 주목할 수 있다. 따라서, 중앙 메사(64)가 고정식 지지 구조체(38) 및 다이어프램(60, 62)에 의해 형성된 캐비티를 통해 연장되어 응력을 감소시키도록 구성될 수 있다는 점을 당업자는 이해할 것이다. 따라서, 일 실시예에 있어서, 메사(64)는 공진 부재가 관통할 수 있는 채널을 갖는 단일 막층으로서 기능할 수 있다. 이러한 구조는 주변벽으로 직경방향으로 연장되는 채널을 갖는 팬케익형 구조체를 구비할 것이다.
도 5는 단일 막층을 갖는 차압 센서(70)의 대안적인 실시예에 대한 단면도이다. 도 4를 참조하여 전술된 바와 같이, 압력 센서(70)는 고정식 지지 구조체(38)와, 상기 중앙 메사 구조체를 연장시킴으로써 형성되는 하나의 다이어프램(72)과, 보다 작은 2개의 필러형 메사 구조체(68)에 안착되는 공진 부재(66)를 더 포함한다. 제조 동안, 고정식 지지체(38) 및 다이어프램(72)(또는 확장된 메사 구조체)는 단일 고정식 지지체(38) 및 단일 메사 구조체(72)를 형성하도록 접합되는 2개의 층(74, 76)을 포함할 수 있다. 압력 센서(70)는 도 4의 압력 센서와 동일한 방식으로 기능한다. 그러나, 다이어프램 또는 막층(72)은 도시된 바와 같이 다이어프 램의 표면 상에 그루브(78)를 구비한다. 이러한 그루브(78)는 다이어프램(72)의 이동이 보다 높은 차압 감도를 용이하게 나타내도록 주름진 패턴과 유사하다. 전술된 바와 같이, 메사(68)는 도시된 바와 같이 비대칭적으로 배치된 내부 그루브(80)일 수 있다. 이러한 비대칭 메사 배치는 라인 압력 감도를 감소시킨다.
센서(70)에서, 중앙 메사는 고정식 지지 구조체(38)를 향해 연장된다. 따라서, 센서(70)는 공진 부재(66)가 관통하는 채널을 내부에 포함하는 단일 팬케익형 막층(72)만을 구비한다. 진공 캐비티(44)가 존재할 수도 있는데, 이때 공진 부재(66)는 측면 방향으로 활주할 수 있다.
고정식 지지 구조체(38), 다이어프램(40, 42, 60, 62, 72), 메사(48, 50, 64, 68), 메사(52), 지지 비임(54) 및 공진 부재(46, 56, 66)는 실리콘(Si), 탄화규소(SiC), 갈륨 질화물(GaN) 등과 같은 반도체 물질을 사용하여 제조될 수 있다. 공진 부재(46, 56, 66)는 스트레인 측정이 가능한 하나 이상의 피에조 저항성(piezo-resistive) 또는 피에조 용량성(piezo-capacitive) 요소를 포함한다. 그러나, 다른 실시예에 있어서, 금속성 구성요소 또는 금속성 구성요소 및 반도체 구성요소의 혼합물 역시 사용될 수 있다.
비록, 도시되고 전술된 실시예가 한정된 수의 실시예만을 나타내지만, 본 발명은 이러한 전술된 실시예에 한정되는 것이 아님을 쉽게 이해할 것이다. 오히려, 본 발명은 앞서 전술되지 않은 것으로 본 발명의 범위 및 취지와 부합되는 다수의 변형예, 대체예, 대안예 또는 동등한 배열체와 통합되도록 변형될 수 있다. 예를 들어, 압력 센서 실시예(12, 36, 58, 70)는 인공위성, 로봇, 항공 분야 및 로봇 등 과 같은 가혹한 환경에 적용될 수 있다. 또한, 센서 실시예는 당업자에게 공지된 회로에 의해 구동될 수 있으며, 상기 회로는 공진 부재를 작동시키고, 공진 부재에 있어서의 변형을 압력차에 관련시킬 수 있다.
또한, 비록 본 발명의 다양한 실시예가 개시되어 있으나, 본 발명의 관점은 전술된 실시예의 일부만을 포함할 수 있다는 것을 이해해야 한다. 따라서, 본 발명은 전술된 개시내용에 한정되는 것은 아니며, 첨부된 특허청구범위의 보호 범위에 의해서만 한정된다.

Claims (20)

  1. 차압 감지 시스템에 있어서,
    내부에 직경 방향으로 연장되는 채널을 구비하고, 상기 채널의 반경 방향 외측에 제공되는 하나 이상의 캐비티를 포함하는 막층과,
    상기 채널 내에 배치되고, 소정의 주파수로 진동하도록 구성되는 적어도 하나의 공진 비임과,
    상기 막층의 변형을 나타내는 상기 적어도 하나의 공진 비임의 진동을 검지하도록 구성되는 감지 회로를 포함하는
    차압 감지 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 공진 비임은 상기 막층의 주변부에 형성되는 적어도 하나의 메사(mesa)에 의해 상기 막층의 주변부에서 지지되는
    차압 감지 시스템.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 공진 비임은 상기 하나 이상의 캐비티 내에 활주 가능하게 배치되는
    차압 감지 시스템.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 메사는 상기 하나 이상의 캐비티에 비대칭적으로 배치되는
    차압 감지 시스템.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 막층은 반도체 물질을 포함하는
    차압 감지 시스템.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 캐비티는 진공압을 포함하는
    차압 감지 시스템.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 공진 비임은 제어 회로를 통해 외부 전압 또는 전류 펄스에 의해 여기되도록 구성되는
    차압 감지 시스템.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 공진 비임의 진동의 공진 주파수는 상기 막층의 변형에 근거하여 변경되는
    차압 감지 시스템.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 막층은 상기 막층에서의 변형을 상기 적어도 하나의 공진 비임에 전달하여 상기 적어도 하나의 공진 비임의 변형을 발생시키도록 구성되는
    차압 감지 시스템.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 공진 비임은 적어도 하나의 피에조-저항성 요소(piezo-resistive element)를 포함하는
    차압 감지 시스템.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 공진 비임은 적어도 하나의 피에조-용량성 요소(piezo-capacitive element)를 포함하는
    차압 감지 시스템.
  12. 차압 센서에 있어서,
    고정식 지지 구조체와,
    상기 고정식 지지 구조체에 결합되고, 내부에 적어도 하나의 캐비티를 형성하도록 협력하는 제 1 막층 및 제 2 막층과,
    상기 캐비티 내에 배치되고, 공진 주파수에서 진동하도록 구성되는 공진 부재와,
    상기 제 1 및 제 2 막층 상에 접합되고, 상기 공진 부재에 결합되며, 상기 제 1 막층에 발생되는 변형을 상기 제 2 막층 및 상기 적어도 하나의 공진 부재로 전달하도록 구성되는 하나 이상의 메사를 포함하는
    차압 센서.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 공진 부재가 관통하는 상기 제 1 및 제 2 막층을 결합시키는 적어도 하나의 메사를 포함하는
    차압 센서.
  14. 제 12 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 막층은 반도체 물질을 포함하는
    차압 센서.
  15. 제 12 항에 있어서,
    상기 캐비티는 진공압을 포함하는
    차압 센서.
  16. 제 12 항에 있어서,
    상기 공진 부재는 제어 회로를 통해 외부 전압 또는 전류 펄스에 의해 여기되도록 구성되는
    차압 센서.
  17. 제 12 항에 있어서,
    상기 공진 부재의 공진 주파수는 상기 제 1 및 제 2 막층에 발생되는 변형에 근거하여 변경되는
    차압 센서.
  18. 제 12 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 막층에 발생되는 변형은 상기 공진 부재의 변형을 발생시키는
    차압 센서.
  19. 제 12 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 메사는 상기 캐비티 내에 비대칭적으로 배치되는
    차압 센서.
  20. 차압 센서 제조 방법에 있어서,
    고정식 지지 구조체 내에 제 1 채널을 포함하는 제 1 막층을 배치하는 단계와,
    상기 고정식 지지 구조체 내에 제 2 채널을 포함하는 제 2 막층을 배치하는 단계로서, 상기 제 1 및 제 2 막층이 막을 형성하고, 상기 제 1 및 제 2 채널이 폐쇄형 채널을 형성하며, 상기 폐쇄형 채널이 상기 막의 주변부로 연장되는, 상기 제 2 막층 배치 단계와,
    상기 폐쇄형 채널 내에 적어도 하나 이상의 공진 비임을 활주 가능하게 배치하고, 상기 막의 주변부 내에 에칭된 하나 이상의 캐비티를 배치하는 단계로서, 하나 이상의 필러가 상기 막의 주변부에서 상기 하나 이상의 캐비티 내에 상기 적어도 하나의 공진 비임을 지지하는, 상기 공진 비임 및 캐비티 배치 단계를 포함하는
    차압 센서 제조 방법.
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Families Citing this family (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3969442B2 (ja) * 2005-09-26 2007-09-05 エプソントヨコム株式会社 圧力センサ
GB2470399B (en) * 2009-05-21 2013-11-27 Ge Infrastructure Sensing Inc A sensor arranged to measure more than one characteristic of a fluid
GB2470398B (en) * 2009-05-21 2014-03-19 Ge Infrastructure Sensing Inc A resonant sensor for measuring the pressure of a fluid
JP2012037415A (ja) * 2010-08-09 2012-02-23 Seiko Epson Corp 圧力センサー
US9831920B2 (en) 2011-05-27 2017-11-28 uBeam Inc. Motion prediction for wireless power transfer
US9722671B2 (en) 2011-05-27 2017-08-01 uBeam Inc. Oscillator circuits for wireless power transfer
US9094111B2 (en) 2011-05-27 2015-07-28 uBeam Inc. Receiver transducer for wireless power transfer
US9819399B2 (en) 2011-05-27 2017-11-14 uBeam Inc. Beam interaction control for wireless power transfer
US10148131B2 (en) 2011-05-27 2018-12-04 uBeam Inc. Power density control for wireless power transfer
US9537322B2 (en) 2011-05-27 2017-01-03 uBeam Inc. Sub-apertures with interleaved transmit elements for wireless power transfer
JP5915103B2 (ja) * 2011-11-11 2016-05-11 セイコーエプソン株式会社 物理量検出器
US8752433B2 (en) * 2012-06-19 2014-06-17 Rosemount Inc. Differential pressure transmitter with pressure sensor
FR2995995B1 (fr) * 2012-09-26 2014-09-19 Sagem Defense Securite Capteur de pression a base de nanojauges couplees a un resonateur
GB2508908B (en) 2012-12-14 2017-02-15 Gen Electric Resonator device
US9707593B2 (en) 2013-03-15 2017-07-18 uBeam Inc. Ultrasonic transducer
US10099253B2 (en) 2014-12-10 2018-10-16 uBeam Inc. Transducer with mesa
US9736579B2 (en) 2015-05-20 2017-08-15 uBeam Inc. Multichannel waveform synthesis engine
KR102163052B1 (ko) * 2015-06-30 2020-10-08 삼성전기주식회사 압력 센서 소자 및 그 제조 방법
TWI602084B (zh) * 2017-03-15 2017-10-11 宏碁股份有限公司 壓力辨識系統以及壓力辨識方法

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1603823A (en) 1977-05-02 1981-12-02 Kent Ltd G Differential pressure sensing device
JPS62127492A (ja) * 1985-11-26 1987-06-09 Shigeo Hoshino カ−ボン繊維を用いる電気めつきの方法
US4930043A (en) * 1989-02-28 1990-05-29 United Technologies Closed-loop capacitive accelerometer with spring constraint
GB2229816B (en) 1989-03-31 1992-11-18 Stc Plc Pressure sensor
US5165289A (en) * 1990-07-10 1992-11-24 Johnson Service Company Resonant mechanical sensor
FR2674627B1 (fr) * 1991-03-27 1994-04-29 Commissariat Energie Atomique Capteur de pression resonant.
KR0163443B1 (ko) * 1991-07-04 1999-03-30 나까오 다께시 압력측정장치
US5583294A (en) 1994-08-22 1996-12-10 The Foxboro Company Differential pressure transmitter having an integral flame arresting body and overrange diaphragm
US6021675A (en) * 1995-06-07 2000-02-08 Ssi Technologies, Inc. Resonating structure and method for forming the resonating structure
GB9524624D0 (en) * 1995-12-01 1996-01-31 Weston Aerospace Ltd Pressure sensor
US5796007A (en) * 1996-09-23 1998-08-18 Data Instruments, Inc. Differential pressure transducer
US6581469B2 (en) * 2001-01-12 2003-06-24 Endress + Hauser Gmbh Co. Differential pressure sensor and method of differential pressure measurement
US7017420B2 (en) * 2001-06-08 2006-03-28 Silex Microsystems Ab Miniaturized pressure sensor
DE10130375B4 (de) * 2001-06-23 2009-01-29 Abb Ag Differenzdrucksensor
CN1189727C (zh) 2002-09-28 2005-02-16 中国科学院电子学研究所 一种梁膜分体结构谐振梁压力传感器

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CN101273254A (zh) 2008-09-24
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US20070074578A1 (en) 2007-04-05

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