電磁共振器的壓力傳感器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及壓力傳感器，特別是用于低于大氣壓的壓力等級的壓力傳感器。
【背景技術(shù)】
[0002]已知一定數(shù)量的用于測量低于大氣壓的氣體壓強的壓力傳感器。
[0003]專利US5633465描述了一種基于電導體或半導體的皮拉尼型壓力傳感器。電導體浸沒在壓強被測量的氣體中。電導體被加熱到高于它浸沒在其中的氣體的溫度的溫度。電導體通過向它浸沒在其中的氣體的分子的傳導而釋放熱量。電導體和氣體之間交換的熱通量根據(jù)該氣體的壓強更高或更低，所述氣體的熱導率隨壓強變化。因此，電導體的溫度根據(jù)氣體壓強變化。導體的電阻通過該溫度變化而改變。電路測量該電阻。該電路因此根據(jù)所測量的電阻來確定氣體的壓強。
[0004]這種傳感器依賴于制成電導體的材料的電阻的溫度系數(shù)。因為該系數(shù)通常低于1%，所以傳感器具有低的靈敏度。此外，該傳感器的測量范圍是有限的。這是因為，由于電阻隨著壓強微弱地變化，當待測量的壓強低于1-2Pa或高于14Pa時，電阻的測量的噪聲具有與由壓強變化引起的電阻變化接近的等級。
[0005]文獻US20110107838描述了一種具有機械共振的MEMS型壓力傳感器。該傳感器包括懸浮在壓強被測量的氣體中的振動梁。該梁由電極驅(qū)動。氣體壓強變化改變梁的機械品質(zhì)因數(shù)。由此改變了被激發(fā)的梁的機械共振的頻率和其振蕩的振幅。通過分析梁的運動，該文獻推斷出其機械共振頻率并且據(jù)此推斷出氣體壓強。
[0006]這種傳感器具有僅在相當窄的操作范圍內(nèi)操作的缺點，并且不適于測量高等級的真空(例如低于KT1Pa的壓強)。
[0007]除了其他事物之外，文獻EP0144630描述了一種壓強測量裝置。在一個實例中，液晶單元由光源激發(fā)。對液晶反射峰值進行測量以推斷周圍流體的溫度，反射的波長隨該溫度變化。液晶單元形成布拉格反射器并且不是電磁共振器。
[0008]文獻EP1944595描述了一種基于聲共振器的氣體壓強測量裝置。這種裝置具有有限的精確度和有限的測量范圍。
[0009]文獻W02012/103942描述了一種同樣基于聲共振器的氣體壓強測量裝置。這種裝置因此也具有有限的精確度和有限的測量范圍。
[0010]因此，已經(jīng)確定在寬的壓強測量范圍和比較簡單且容易生產(chǎn)的結(jié)構(gòu)的情況下，沒有用于提供高靈敏度的令人滿意的解決方案。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]本發(fā)明力圖解決這些缺點中的一個或更多個。因此本發(fā)明涉及一種壓力傳感器，其包括:
[0012]-具有包含介電材料的波導的電磁共振器，所述介電材料具有隨溫度變化的介電常數(shù)；
[0013]-配置為通過所述共振器傳播電磁場的激勵電路；
[0014]-用于加熱所述共振器的裝置；
[0015]-用于檢測共振器的電磁共振頻率的裝置；
[0016]-用于根據(jù)檢測到的共振器的共振頻率來確定傳感器周圍的氣體的壓強的裝置。
[0017]根據(jù)一個替代方案，所述介電材料具有至少等于80ppm/°C的介電常數(shù)溫度系數(shù)。
[0018]根據(jù)另一個替代方案，所述介電材料具有鈣鈦礦型晶體結(jié)構(gòu)。
[0019]根據(jù)另一個替代方案，所述介電材料包括材料的幾個層的疊加，所述材料中的至少一種具有隨溫度變化的介電常數(shù)。
[0020]根據(jù)又一個替代方案，傳感器包括創(chuàng)建以容納待測量壓強的氣體的腔，射頻共振器至少部分地放置在該腔內(nèi)。
[0021]根據(jù)一個替代方案，共振器包括被稱為正面的面和被稱為背面的相反面，所述正面位于與待測量壓強的氣體直接接觸的所述腔內(nèi)，所述背面布置在腔外部。
[0022]根據(jù)另一個替代方案，用于加熱所述共振器的裝置配置為將所述介電材料加熱到80°C到200°C的溫度。
[0023]根據(jù)另一個替代方案，加熱裝置包括與所述介電材料接觸的加熱電阻。
[0024]根據(jù)又一個替代方案，用于檢測共振器的電磁共振頻率的裝置測量包括所述共振器和所述激勵電路的振蕩電路的電共振的頻率。
[0025]根據(jù)一個替代方案，所述共振器為具有介電型波導的共振器，其包括:
[0026]-介電材料塊；
[0027]-電磁耦合到所述塊的兩個導電電極，所述激勵電路連接到所述電極。
[0028]根據(jù)另一個替代方案，
[0029]-所述共振器為具有微帶型波導的共振器，其包括導電微帶、由導電材料制成的接地面，
[0030]-具有隨溫度變化的介電常數(shù)的介電材料布置在接地面和導電微帶之間；
[0031 ]-檢測裝置和激勵電路包括經(jīng)由所述介電材料電磁耦合到微帶的至少一個導電電極。
[0032]根據(jù)另一個替代方案，所述共振器為具有共面型波導的共振器，其包括:
[0033]-導電微帶；
[0034]-與導電微帶在相同平面上的兩個接地跡線；
[0035]-在其上布置有兩個接地跡線和導電微帶的介電體；
[0036]-以及檢測裝置和激勵電路包括電磁耦合到微帶和兩個接地跡線的至少一個導電電極。
[0037]根據(jù)另一個替代方案，傳感器包括兩個導電電極，檢測裝置和激勵電路分別包括所述電極中的一個。
[0038]根據(jù)一個替代方案，所述激勵電路配置為通過所述共振器以至少等于10MHz的頻率傳播電磁場。
[0039]本發(fā)明還涉及一種用于測量氣體的壓強的方法，其包括:
[0040]-將電磁共振器放置為與氣體熱接觸，波導共振器包括具有隨溫度變化的介電常數(shù)的介電材料；
[0041]-加熱所述共振器；
[0042]-電磁激勵所述共振器；
[0043]-檢測共振器的電磁共振頻率，并根據(jù)檢測到的電磁共振頻率來確定氣體的壓強。
【附圖說明】
[0044]參照附圖，根據(jù)借助于非限制性指示在下文中給出的本發(fā)明的描述，本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點會變得顯而易見，其中:
[0045]-圖1是用于實施本發(fā)明的傳感器的第一實例的示意圖；
[0046]-圖2和3分別是用于根據(jù)本發(fā)明的傳感器的共振器的第一實施方案的頂視圖和橫截面圖；
[0047]-圖4和5分別是用于根據(jù)本發(fā)明的傳感器的共振器的第二實施方案的頂視圖和橫截面圖；
[0048]-圖6到10是根據(jù)第一實施方案的共振器的各種替代方案的截面圖；
[0049]-圖11和12是根據(jù)第二實施方案的共振器的替代方案的截面圖；
[0050]-圖13是包括在根據(jù)一個替代方案的同一個傳感器中的兩個共振器的頂視圖；
[0051]-圖14是根據(jù)第一實施方案的共振器的另一個替代方案的橫截面圖；
[0052]-圖15是根據(jù)第二實施方案的共振器的另一個替代方案的橫截面圖；
[0053]-圖16和17分別是用于根據(jù)本發(fā)明的傳感器的共振器的第三實施方案的頂視圖和側(cè)視圖。
【具體實施方式】
[0054]本發(fā)明提出由具有包含介電材料的波導的(射頻)電磁共振器來形成壓力傳感器，所述介電材料具有隨溫度變化的介電常數(shù)。共振器(特別地和介電材料)被加熱到高于待測量壓強的氣體的溫度的溫度。
[0055]因此，隨著壓強變化，(加熱的)介電材料的溫度變化并且造成源于激勵電路的電磁波通過其傳播的介電體的介電常數(shù)變化。介電常數(shù)變化因此導致電磁波傳播的速度的變化，并且這導致共振器的共振頻率的變化，使得能夠確定壓強變化。
[0056]圖1是用于實施本發(fā)明的壓力傳感器第一實例的示意圖。壓力傳感器I包括振蕩器，該振蕩器包括有源系統(tǒng)2和共振器3。有源系統(tǒng)2旨在激勵共振器3以獲得頻率由共振器3的尺寸限定的振蕩。
[0057]在圖1的實例中，裝置4例如通過測量在有源系統(tǒng)2和共振器3之間傳播的電磁波來測量振蕩器的電共振的頻率。共振頻率的值提供到壓強確定裝置5。裝置5根據(jù)由裝置4測量的共振頻率來確定傳感器I周圍的氣體的壓強。如下文詳細描述的，該壓強尤其由共振器3和壓強正被測量的氣體之間交換的熱量來計算。
[0058]下文中會詳細描述共振器3的各種結(jié)構(gòu)。在這些結(jié)構(gòu)中，共振器3包括包含介電材料的波導，所述介電材料具有隨溫度變化的介電常數(shù)。有源系統(tǒng)2激勵該波導以通過其傳播射頻電磁場。加熱裝置還用于加熱共振器。通過確定氣體和波導之間交換的熱量的量，可以確定與共振器熱接觸的氣體的壓強。
[0059]圖2是共振器3的第一實施方案的第一替代方案的頂視圖。圖3