RU2431815C1 - Резонансный преобразователь давления - Google Patents
Резонансный преобразователь давления Download PDFInfo
- Publication number
- RU2431815C1 RU2431815C1 RU2010122612/28A RU2010122612A RU2431815C1 RU 2431815 C1 RU2431815 C1 RU 2431815C1 RU 2010122612/28 A RU2010122612/28 A RU 2010122612/28A RU 2010122612 A RU2010122612 A RU 2010122612A RU 2431815 C1 RU2431815 C1 RU 2431815C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- resonator
- plane
- silicon
- plate
- parallel plate
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Measuring Fluid Pressure (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области измерительной техники, в частности к преобразователям давлений, и может быть использовано в разработке и изготовлении малогабаритных полупроводниковых датчиков давлений. Техническим результатом является повышение чувствительности преобразователя. Резонансный преобразователь давления содержит кремниевую мембрану для измерения давления. На мембране расположены кремниевый резонатор, два постоянных магнита. Резонатор выполнен в виде рамки, внутри которой на перемычках подвешена плоско-параллельная пластина с напыленной на ее поверхности по периметру проводящей дорожкой, которая проходит через одну из перемычек. На другой перемычке расположен тензорезистор, обеспечивающий восприятие деформации перемычки при колебаниях пластины. 2 ил.
Description
Изобретение относится к области измерительной техники, в частности к преобразователям давлений, и может быть использовано в разработке и изготовлении малогабаритных полупроводниковых датчиков давлений.
Известен резонансный преобразователь давления, содержащий балку из нитрида кремния, опирающуюся на присоединенную к кремниевой мембране рамку особой конструкции из монокремния. Балка возбуждается электротермическим способом, ее колебания улавливаются тонкопленочными тензорезисторами [1].
Наиболее близким по технической сущности к изобретению является кремниевый резонансный преобразователь давления, содержащий воспринимающую мембрану, на которую воздействует измеряемое давление, резонатор, который смонтирован на воспринимающей мембране и который выполнен из полупроводникового материала. Резонатор состоит из колебательной балочной структуры, имеющей первую и вторую колебательные балки, которые размещены параллельно друг другу, и, по крайней мере, одной соединяющей перемычки, которая соединяет первую и вторую колебательные балки; управляющего колебательного контура, который изготовлен со стороны, по крайней мере, одной боковой поверхности в осевом направлении первой и второй колебательной балок и который выполнен из проводникового материала, а также воспринимающего колебательного контура, который изготовлен со сторон другой боковой поверхности в осевом направлении первой и второй колебательной балок соответственно и который выполнен из проводникового материала [2].
Общим недостатком аналога и прототипа является низкая чувствительность, обусловленная наличием резонатора, состоящего из колебательной балочной структуры, имеющей первую и вторую колебательные балки, которые размещены параллельно друг другу, и перемычки, соединяющей первую и вторую колебательные балки.
Сила Лоренца, возникающая только в одной из балок, обеспечивает колебание не только балки, по которой протекает переменный ток, но и второй балки, соединенной с первой балкой перемычкой, и которая должна индуцировать возникающий во второй балке переменный ток в измерительную схему [2, 3, 4]. Таким образом, индуцированная электромагнитная сила выполняет работу по возбуждению колебаний в двух балках одновременно, что требует увеличения протекающего через первую колебательную балку переменного тока, что снижает чувствительность преобразования при заданном значении потребляемой мощности.
Изобретение направлено на повышение чувствительности преобразователя.
Согласно изобретению, в резонансном преобразователе давления, содержащем кремниевую мембрану, предназначенную для измерения давления, с расположенным на ней кремниевым резонатором, два постоянных магнита, обеспечивающих действие магнитного поля в плоскости резонатора в направлении, перпендикулярном продольной оси резонатора, резонатор выполнен в виде рамки, внутри которой на перемычках подвешена плоскопараллельная пластина с напыленной на ее поверхности по периметру проводящей дорожкой, которая проходит через одну из перемычек, а на другой перемычке расположен тензорезистор, обеспечивающий восприятие деформации перемычки при колебаниях пластины.
Введение предложенной конструкции, включающей резонатор, выполненный в виде рамки, внутри которой на перемычках подвешена плоскопараллельная пластина с напыленной на ее поверхности по периметру проводящей дорожкой, которая проходит через одну из перемычек, а на другой перемычке расположен тензорезистор, обеспечивающий восприятие деформации перемычки при колебаниях пластины, позволяет повысить чувствительность за счет того, что ток, протекающий по проводящей дорожке, напыленной на поверхности плоско-параллельной пластины по ее периметру, имеет взаимообратные направления, то есть на пластину действуют две силы Лоренца, направленные в противоположные стороны, что обеспечивает при одинаковом заданном значении потребляемой мощности вдвое большую эффективность колебаний, т.е. вдвое повышает чувствительность преобразователя. При этом с тензорезистора, обеспечивающего восприятие деформации перемычки при колебаниях пластины, снимается выходное напряжение переменного тока с частотой, равной частоте колебаний плоско-параллельной пластины при измеряемом давлении.
Предлагаемое устройство поясняется на фиг.1,2.
На фиг.1 изображен преобразователь давления, содержащий кремниевую мембрану (1), предназначенную для измерения давления, с расположенным на ней кремниевым резонатором (2).
На фиг.2 изображен кремниевый резонатор (2), с двумя постоянными магнитами (3), обеспечивающими действие магнитного поля в плоскости резонатора в направлении, перпендикулярном продольной оси резонатора (2). Резонатор (2) выполнен в виде рамки, внутри которой на перемычках (4,5) подвешена плоско-параллельная пластина (6) с напыленной на ее поверхности по периметру проводящей дорожкой (7), которая проходит через одну из перемычек, а на другой перемычке расположен тензорезистор (8), обеспечивающий восприятие деформации перемычки при колебаниях пластины (6).
Принцип работы преобразователя заключается в следующем.
Измеряемое давление, воздействуя на плоско-параллельную пластину, изменяет резонансную частоту ее колебаний, вызываемых силами Лоренца, воздействующими на противоположные стороны плоско-параллельной пластины, со стороны постоянного магнита при пропускании через проводящую дорожку переменного тока, что, в свою очередь, вызывает изменение частоты колебаний перемычки с расположенным на ней тензорезистором, частота выходного напряжения на котором пропорциональна изменению измеряемого давления. Наличие конструкции, при которой проводящая дорожка расположена по периметру плоско-параллельной пластины таким образом, что возникающие две противоположно направленные силы Лоренца создают вращающий момент, обеспечивающий колебания плоско-параллельной пластины, позволяет вдвое повысить чувствительность преобразования за свет увеличения амплитуды колебаний плоско-параллельной пластины при одинаковом заданном значении потребляемой мощности. При этом с тензорезистора, обеспечивающего восприятие деформации перемычки при колебаниях пластины, снимается выходное напряжение переменного тока с частотой, равной частоте колебаний плоско-параллельной пластины при измеряемом давлении.
Технико-экономическим преимуществом предлагаемого преобразователя по сравнению с известными является повышение чувствительности.
Источники информации
1. Deyong Chen, Dafu Cui, Li Wang, Xiaotong Gao. SiN beam resonant pressure sensors with a novel structure / Sensors, 2002. Proceedings of IEEE. - 2002. - Vol.2 - p.994-997.
2. Патент США №7013733, 2006.
3. Яворский Б.М., Детлаф А.А., 1990, Справочник по физике. 3-е изд. М.: Наука, Физматгиз, 624 с.
4. Джексон Р. «Новейшие датчики». Москва: Техносфера, 2007. - 384 с.
Claims (1)
- Резонансный преобразователь давления, содержащий кремниевую мембрану, предназначенную для измерения давления, с расположенным на ней кремниевым резонатором, два постоянных магнита, обеспечивающих действие магнитного поля в плоскости резонатора в направлении, перпендикулярном продольной оси резонатора, отличающийся тем, что резонатор выполнен в виде рамки, внутри которой на перемычках подвешена плоскопараллельная пластина с напыленной на ее поверхности по периметру проводящей дорожкой, которая проходит через одну из перемычек, а на другой перемычке расположен тензорезистор, обеспечивающий восприятие деформации перемычки при колебаниях пластины.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2010122612/28A RU2431815C1 (ru) | 2010-06-02 | 2010-06-02 | Резонансный преобразователь давления |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2010122612/28A RU2431815C1 (ru) | 2010-06-02 | 2010-06-02 | Резонансный преобразователь давления |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2431815C1 true RU2431815C1 (ru) | 2011-10-20 |
Family
ID=44999257
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2010122612/28A RU2431815C1 (ru) | 2010-06-02 | 2010-06-02 | Резонансный преобразователь давления |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2431815C1 (ru) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2601221C1 (ru) * | 2015-08-24 | 2016-10-27 | Акционерное общество "Научно-исследовательский институт физических измерений" | Резонансный преобразователь давления |
-
2010
- 2010-06-02 RU RU2010122612/28A patent/RU2431815C1/ru active
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2601221C1 (ru) * | 2015-08-24 | 2016-10-27 | Акционерное общество "Научно-исследовательский институт физических измерений" | Резонансный преобразователь давления |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN101685119B (zh) | 谐振式微型电场传感器 | |
CN109883602B (zh) | 一种基于soi的自补偿硅微谐振式压力敏感芯片 | |
CN103760382B (zh) | 一种静电刚度式硅微谐振加速度传感器芯片 | |
CN102445604A (zh) | 异型电极微型电场传感器 | |
CN103808961B (zh) | 悬臂件及应用其的谐振式加速度传感器 | |
RU2010127028A (ru) | Сенсор, система и метод для измерения свойств текучей среды с использованием многомодового квази-сдвигового-горизонтального резонатора | |
CN108205118B (zh) | 一种谐振型磁传感器敏感单元及数字频率输出磁传感器 | |
CN103900753A (zh) | 一种基于soi工艺的高精度硅微谐振式气压传感器 | |
CN101294824B (zh) | 一种基于微电子机械技术的电磁微扭摆谐振式传感器 | |
CN102243077A (zh) | 振动型力检测传感器以及振动型力检测装置 | |
RU2431815C1 (ru) | Резонансный преобразователь давления | |
CN105917242A (zh) | 利用具有混合振动和摆动操作的移动敏感元件的传感器以及控制这样的传感器的方法 | |
CN101363731A (zh) | 基于剪应力检测的石英微机械陀螺及其制作方法 | |
CN104897144B (zh) | 多驱动电极模态耦合微固体模态陀螺 | |
CN107449415A (zh) | 纳米光栅微机械陀螺 | |
CN107271332B (zh) | 一种基于面内谐振的mems流体黏度传感器芯片及其制备方法 | |
CN208432333U (zh) | 一种台面组合体 | |
CN207197535U (zh) | 纳米光栅微机械陀螺 | |
RU2601221C1 (ru) | Резонансный преобразователь давления | |
Li et al. | Research on pasted FBG-based accelerometer’s sensitization process method and its characteristics | |
RU2569409C1 (ru) | Камертонный измерительный преобразователь механических напряжений и деформаций | |
RU2010120200A (ru) | Микромеханический выбрационный гироскоп | |
RU2423668C1 (ru) | Чувствительный элемент микромеханического гироскопа | |
RU2387999C1 (ru) | Многобалочный акселерометр - анализатор спектра механических колебаний на основе тензорезистивных преобразователей | |
CN108802195B (zh) | 测量岩芯试样横波速度的试验装置及方法 |