利用靜電力對電容式壓力傳感器的自校準的制作方法
【技術領域】
[0001] 本公開內(nèi)容設及壓力傳感器的領域，并且更具體地設及利用一個或多個靜電力對 壓力傳感器的校準和再校準。
【背景技術】
[0002] 電容式壓力傳感器使用可移動隔膜和壓力空腔來創(chuàng)建可變電容器?？勺冸娙萜鞒?現(xiàn)與由所測量的壓力引入的力相對應地變化的電容。對于將傳感器單元集成到電子器件中 而言，運些傳感器單元通常被連接為形成陣列或橋，然而從系統(tǒng)角度而言，運些單元網(wǎng)絡仍 然像單個傳感器那樣工作。起初在制造工藝或制造線結(jié)束時，通常在所定義的測量條件下 校準傳感器。該校準W及進一步的再校準可W包括在不同溫度下的各種不同壓力，運會利 用?？诘臏y試設備和明顯的測試時間。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本申請旨在提供一種改進的對壓力傳感器的校準方案。
[0004] 根據(jù)本申請實施例的一個方面，提供一種壓力傳感器校準系統(tǒng)，包括：第一壓力傳 感器，包括第一多個電極和第一薄膜，所述第一薄膜被配置為根據(jù)靜電力產(chǎn)生從第一位置 到第二位置的位移；測量部件，被配置為通過所述第一薄膜根據(jù)所述靜電力的所述位移并 且確定對與在所述第一多個電極處的成組的所施加電壓相對應的成組的電容值的測量；W 及校準部件，被配置為利用第一壓力和從所述成組的電容值的測量得到的一組傳感器參數(shù) 來將所述第一壓力傳感器校準到一組目標值。
[0005] 根據(jù)本申請實施例的另一方面，提供一種用于校準壓力傳感器的方法，包括：經(jīng)由 偏置組件，根據(jù)一個或多個靜電力來生成第一壓力傳感器的第一薄膜的位移；在第一壓力 下測量與在第一多個電極處的一組所施加的電壓相對應的一組電容值；W及利用所述第一 壓力和從與所述一組所施加的電壓相對應的所述一組電容值得到的一組傳感器參數(shù)，來將 所述第一壓力傳感器校準到一組目標值。
[0006] 根據(jù)本申請實施例的又一方面，提供一種系統(tǒng)，包括：第一壓力傳感器，包括第一 多個電極和具有第一面積的第一薄膜；其中所述第一薄膜被配置為根據(jù)由在所述第一多個 電極處的所施加的電壓產(chǎn)生的靜電電荷來產(chǎn)生位移；W及校準部件，被配置為利用第一壓 力和從根據(jù)所施加的電壓對電容值的測量得到的一組傳感器參數(shù)來將所述第一壓力傳感 器校準到一組目標值。
[0007] 根據(jù)本申請的方案，可W實現(xiàn)利用靜電力對壓力傳感器的自校準。
【附圖說明】
[0008] 圖1是圖示根據(jù)所描述的各種方面的用于壓力傳感器的校準和再校準的壓力傳 感器系統(tǒng)的框圖。
[0009] 圖2是圖示根據(jù)所描述的各種方面的用于壓力傳感器的校準和再校準的另一壓 力傳感器系統(tǒng)的框圖。
[0010] 圖3A和圖3B是圖示根據(jù)所描述的各種方面的用于壓力傳感器的校準和再校準的 壓力傳感器模型的示圖。
[0011] 圖4是圖示根據(jù)所描述的各種方面的用于壓力傳感器的校準和再校準的壓力傳 感器系統(tǒng)的操作方法的流程圖。
[0012] 圖5是圖示根據(jù)所描述的各種方面的用于壓力傳感器的校準和再校準的壓力傳 感器系統(tǒng)的另一操作方法的流程圖。
[0013] 圖6是圖示根據(jù)所描述的各種方面的用于壓力傳感器的校準和再校準的另一壓 力傳感器系統(tǒng)的框圖。
[0014] 圖7是圖示根據(jù)所描述的各種方面的用于壓力傳感器的校準和再校準的另一壓 力傳感器系統(tǒng)的示圖。
[0015] 圖8A和圖8B是圖示根據(jù)所描述的各種方面的用于壓力傳感器的校準和再校準的 壓力傳感器模型的示圖。
[0016] 圖9是圖示根據(jù)所描述的各種方面的用于壓力傳感器的校準和再校準的壓力傳 感器系統(tǒng)的操作方法的流程圖。
[0017] 圖10是圖示根據(jù)所描述的各種方面的用于壓力傳感器的校準和再校準的壓力傳 感器系統(tǒng)的另一操作方法的流程圖。
【具體實施方式】
[0018] 現(xiàn)在將結(jié)合附圖描述本發(fā)明，其中貫穿整個附圖，相同的參考標記用于指代相同 的元素，并且其中所圖示的結(jié)構和設備不一定按比例繪制。如運里所用的，術語"部件"、"系 統(tǒng)"、"接口 "等旨在于指代計算機相關的實體、硬件、軟件（例如，用于執(zhí)行）和/或固件。 例如，部件可W是處理器、在處理器上運行的進程、對象、可執(zhí)行程序、存儲設備和/或具有 處理設備的計算機。作為例示，在服務器上運行的應用和服務器也可W是部件。一個或多 個部件可W駐留在進程內(nèi)，并且部件可W被局域化在一個計算機上和/或被分布在兩個或 多個計算機之間。
[0019] 此外，運些部件可W從其上存儲有各種數(shù)據(jù)結(jié)構諸如具有例如模塊的各種計算機 可讀存儲介質(zhì)來執(zhí)行。部件可W經(jīng)由本地和/或遠程的進程、諸如根據(jù)具有一個或多個數(shù) 據(jù)分組的信號（例如來自與本地系統(tǒng)中、分布式系統(tǒng)中的另一部件對接和/或跨網(wǎng)絡經(jīng)由 該信號與其它系統(tǒng)對接的一個部件的數(shù)據(jù)，該網(wǎng)絡諸如因特網(wǎng)、局域網(wǎng)、廣域網(wǎng)或類似網(wǎng) 絡）來通信。
[0020] 作為另一示例，部件可W是具有由電路或電子電路操作的機械部分提供的特定功 能性的裝置，其中電路或電子電路可W通過由一個或多個處理器執(zhí)行的軟件應用或固件應 用來操作。一個或多個處理器可W是裝置內(nèi)部或外部的，并且可W至少執(zhí)行軟件或固件應 用中的一部分。作為另一示例，部件可W是通過不具有機械部分的電子部件提供特定功能 性的裝置；電子部件在其中可W包括一個或多個處理器W執(zhí)行至少部分地給予電子部件的 功能性的軟件和/或固件。
[0021] 考慮到上述缺陷，描述用于對一個或多個壓力傳感器進行校準和再校準的各種方 面，諸如用于微電子機械系統(tǒng)（MEM巧壓力傳感器。例如，描述用于對如下壓力傳感器進行 校準和再校準的壓力傳感器系統(tǒng)，該壓力傳感器可w通過對在隔膜或薄膜處由產(chǎn)生的壓力 引起的偏轉(zhuǎn)進行覆蓋的靜電力來激勵。系統(tǒng)進一步實現(xiàn)對用于壓力傳感器的校準或再校準 的壓力傳感器參數(shù)或參數(shù)值的自提取。所公開的系統(tǒng)和方法操作為：通過利用基于具有物 理含義的傳感器參數(shù)實現(xiàn)傳感器的校準或再校準的等式來產(chǎn)生簡化的物理模型，由此對一 個或多個壓力傳感器的物理性質(zhì)進行建模。
[0022] 例如，壓力傳感器校準系統(tǒng)可W包括具有電極和薄膜的壓力傳感器，薄膜根據(jù)靜 電力產(chǎn)生從第一位置到第二位置的偏轉(zhuǎn)或位移?？蒞經(jīng)由偏置部件向用于產(chǎn)生所施加的電 壓的電極施加成組或成對的所施加的電壓，并由此針對所產(chǎn)生的偏轉(zhuǎn)引發(fā)靜電力。系統(tǒng)的 測量部件可W通過薄膜根據(jù)靜電力的位移來確定與在一個或多個壓力傳感器的電極處的 成組的所施加電壓相對應的成組電容值的測量。系統(tǒng)的校準部件可W進一步利用從壓力 (例如周圍或環(huán)境壓力）和從一組電容值的測量得到的傳感器參數(shù)來將壓力傳感器校準到 目標值。參數(shù)部件可W操作為基于由模型部件生成的模型（例如電容橋模型或移動平板模 型等）確定該組傳感器參數(shù)，該模型部件被配置為在減小的操作范圍內(nèi)對第一薄膜從第一 位置到第二位置的位移進行建模。例如，位移可W通過在傳感器的電極處的兩維偏轉(zhuǎn)曲線 和壓力傳感器的實際配置的非線性函數(shù)來表征。例如，通過在參數(shù)部件中使用的簡化傳感 器單元模型來使相同傳感器單元、不同傳感器單元或甚至沒有壓力靈敏度的其它電容器的 陣列或橋抽象化。下面參考附圖進一步描述本公開內(nèi)容的附加方面和細節(jié)。
[0023] 現(xiàn)在參考圖1，圖示了用于利用靜電力對壓力傳感器進行校準和再校準的壓力傳 感器系統(tǒng)100的示例。該系統(tǒng)100可W為其它系統(tǒng)的一部分或者禪合到其它系統(tǒng)，結(jié)合地 操作用于對一個或多個傳感器進行校準和再校準，該一個或多個傳感器諸如用于對壓力或 者可量化數(shù)量的一個或多個壓力進行感測的壓力傳感器。系統(tǒng)100包括壓力傳感器102、測 量部件104、校準部件106、一個或多個處理器108W及數(shù)據(jù)庫110。
[0024] 壓力傳感器102可W被配置為通過用作換能器并根據(jù)壓力傳感器生成信號而從 諸如流體/氣體流動、空氣、速度、水位、海拔和其它之類的多種不同變量中的任何一個變 量來測量各種壓力。例如，壓力傳感器102可W包括力收集器，該力收集器包括隔膜或薄膜 并且測量由在薄膜的區(qū)域之上的所施加的力導致的應變或偏轉(zhuǎn)。壓力傳感器102例如可W 包括電極和薄膜，該薄膜與由靜電力引發(fā)的偏轉(zhuǎn)相互作用，該靜電力由在薄膜和至少電極 之一之間施加的電壓所產(chǎn)生。壓力傳感器102可W包括單個壓力傳感器部件或禪合在一起 的多個壓力傳感器。壓力傳感器102可W包括微電子機械系統(tǒng)（MEM巧壓力傳感器，該MEMS 壓力傳感器包括大小在約1微米到100微米范圍內(nèi)的部件或例如納米尺度的部件。成對或 成組的所施加電壓可W被感測或被施加到壓力傳感器102的電極，用于引起產(chǎn)生靜電力的 不同電極端子之間的慢速移動或靜止的電荷，該靜電力在幅度和方向上可W與來自一個或 多個其它變量的壓力類似或相同。
[0025] 壓力傳感器102例如被配置為由如下靜電力所激勵，該靜電力被引發(fā)用于覆蓋諸 如在彎曲的薄膜處的壓力傳感器的偏轉(zhuǎn)或位移部分。經(jīng)由靜電力的偏轉(zhuǎn)實現(xiàn)傳感器參數(shù)的 提取，傳感器參數(shù)可W進一步被建模、存儲和利用，W用于對壓力傳感器的校準和再校準， 或者用于在跨時間差而關于時間的測量之間的比較。然后該比較可W經(jīng)由與系統(tǒng)100通信 禪合的其它部件而被用于在稍后時間利用與傳感器參數(shù)中的一個或多個參數(shù)相關的各種 值來初始校準、調(diào)整或再校準壓力傳感器。薄膜面積、彈黃常數(shù)、尺寸、電極之間的距離、從 薄膜到空腔底部的高度、介電常數(shù)、所施加壓力、線性化多項式系數(shù)和其它運樣的變量是不 同傳感器參數(shù)的示例，運些不同傳感器參數(shù)可W是駐留在工藝容限或制造范圍內(nèi)的制造規(guī) 范和傳感器功能的一部分。
[0026] 可W基于簡化模型對壓力傳感器102進行初始地校準并且然后后續(xù)進行再校準， W諸如經(jīng)由操作耐久性、工藝容限、溫度影響或其它更改的變量，調(diào)整傳感器參數(shù)的各種不 期望的不準確性。具體地，測量部件104可W操作為確定用于壓力傳感器102的校準和再 校準工藝的測量或測量量。例如，測量部件104可W操作為測量由在傳感器的電極處引發(fā) 的電容所產(chǎn)生的成組的電容值。電容可W對應于在壓力傳感器102的電極處提供的所施加 電壓，并且可W進一步起因于例如壓力傳感器102的薄膜根據(jù)靜電力的位移或偏轉(zhuǎn)。
[0027] 壓力傳感器102的校準和再校準例如可W包括利用由施加到壓力傳感器的平板 的電壓所產(chǎn)生的靜電力W及估計電容值的對應變化W經(jīng)由測量部件104生成傳感器參數(shù) 的模型。電容變化的估計可W經(jīng)由開路路徑、通過改變傳感器偏置電壓和測量傳感器電容 器值的對應反應來執(zhí)行，或者估計可W例如經(jīng)由諸如閉合力反饋環(huán)路之類的反饋環(huán)路來執(zhí) 行。
[0028] 系統(tǒng)100的校準部件106被配置為利用從成組電容值的測量得到的一組傳感器參 數(shù)來將壓力傳感器102校準到一組目標值。目標值例如可W包括用于旨在限定壓力傳感器 的一個或多個功能的一個或多個參數(shù)的工廠操作范圍值?？蒞從由測量得到的參數(shù)值W及 諸如環(huán)境壓力或其它壓力的一個或多個壓力來產(chǎn)生校準和再校準。壓力傳感器102例如可 W在制造工藝線結(jié)束時在定義的測量條件下進行校準，運可W利用在不同溫度下的不同壓 力來執(zhí)行，但由系統(tǒng)產(chǎn)生的簡化模型可W通過用于校準的明顯測試時間和專用測試設備類 似地并且更有效地工作。校準例如通?？蒞設及關于壓力和溫度的復雜多項式，但也可W 設及分段線性函數(shù)或樣條函數(shù)。
[0029] 系統(tǒng)100例如