專利名稱：傳感器的制作方法
技術領域：
本發明涉及傳感器，如壓力和流量傳感器、傳動加速度計等，具體地說，它涉及這些裝置的能夠對其功能性進行測試的特征。
目前，在測量各種物理特性(如加速度、壓力以及流量等的變化)的微型機械加工裝置的開發方面取得了許多進展。這些裝置適用于多種應用場合，例如，它被廣泛地用于航空航天和汽車工業中。這些裝置采用彈性部件，如加速度計中的質量彈簧系統、壓力傳感器中的薄板或膜片或者是更廣泛范圍中的某些彈性彈簧元件。例如，此類應用中的一種加速度測量方法就是提供一種由半導體材料構成的裝置，這種裝置具有一個塊狀物，后者由半導體材料構成并且相對于所述裝置的其它部分懸掛著。通過根據所述塊狀物的移動而以壓阻方式、電容方式、靜電方式或熱方式來測量所述裝置的變形，就可以檢測所述裝置加速度的變化。盡管這些方法是有效的，但是如果裝置被損壞或處于無效工作狀態，就可能出現問題。這是因為很難區分外部加速度產生的信號、裝置外部出現的損壞產生的信號、或者是在運行過程中由于裝置內部的損壞而引起的信號丟失等情況。
加速度計中采用的另一種方法是以諧振頻率來激勵所述裝置。對于這些裝置，裝置上裝有檢測器來對裝置的諧振頻率進行檢測，所述諧振頻率取決于外部加速力。這樣，通過探查諧振頻率，就可以得知外部加速度。由于諧振頻率的連續檢測，這種方法可以間接地提供連續功能性測試，但是因為它要求附加的電路等，所以成本比較高。
本發明力圖提供效能價格更為合算的裝置，它結合了功能性和提供測試指示器(或自測試)的能力。
本發明力圖提供微型機械加工裝置，它既可靠又效能價格合算，在運行中可以進行定期或連續測試，從而保證正常的功能性。
根據本發明，提供一種由半導體材料構成的傳感器，所述裝置包括支承框架；讀出元件；以一般相當于第一諧振頻率振動方式的頻率來振動所述讀出元件的裝置；錯誤檢測裝置，用于檢測諧振頻率振動方式，錯誤檢測裝置的輸出表示存在或者不存在所述諧振頻率振動方式對所述激勵的預期的響應；檢測讀出元件的變形以便提供表示待感測的參數的輸出信號的裝置，變形檢測裝置和錯誤檢測裝置由相同元件構成，其中，檢測變形的裝置與建立振動的裝置完全相同，可以用電子儀器檢測錯誤檢測信號以及讀出信號。
所述讀出元件可以是膜片，而傳感器可以是壓力傳感器。讀出元件可以是塊狀物(mass)或若干塊狀物以及支撐桿(support beam)或若干支撐桿，所述傳感器可以是加速度計。
讀出元件可以是彈簧。振動裝置可以是一個或一個以上電阻元件。諧振頻率檢測裝置可以是一個或一個以上設置在裝置上的壓敏電阻。支持和讀出元件可以由單一半導體基片構成。半導體可以是硅。
將利用壓敏電阻/電容器等檢測外力引起的彈簧/塊狀物、薄板/膜片或某些彈簧元件中的變形。工作頻帶將低于產生簡單隔離段的基本諧振(第一)模式。此外，當以這些諧振頻率之一激勵時，將可以采用壓敏電阻、電容元件等檢測所述諧振頻率。這樣，裝置所產生的反應可以呈現兩方面重要信息，即有關功能性的信息、就是說、關于是否正常運行的信息，以及外部加速度、壓力、流量等等。本發明裝置的自測試具有這樣的優點在使用所述加速度計期間可以或者連續地進行測試、或者以一定的時間間隔進行測試，以便減少功耗。
下面將結合附圖對本發明的實例進行說明，附圖中

圖1a和1b分別是根據本發明的裝置的示意的側視圖和俯視圖；圖2是根據本發明第二實例裝置的平面透視圖；圖3是根據本發明第三實例裝置的橫截面視圖；圖4是說明圖1至圖3所示裝置的輸出相對于所施加的加速力的變化的曲線圖；圖5是說明在圖1和圖2所示裝置中采用的實例電路的電路圖；圖6是圖3的實例裝置的開環響應或電路輸出的曲線圖；以及圖7是根據本發明的另一個實例裝置的平面圖。
參考圖1a和1b，根據本發明的加速度計的塊狀物1懸掛在支承框架4上的平行支撐桿2、3上。在此實例中，所有組件均由單個半導體基片構成，半導體基片最好是采用硅。
支撐桿2之一具有連接到它上面的電阻元件5。在另一個支撐桿3上有若干壓敏電阻檢測元件6，用來建立惠斯登電橋。下面將指出，激勵元件5和檢測元件6也可以設置在其它位置上。
使用時，將交流電流加到激勵元件5上，將支撐桿2加熱，于是使支撐桿2振動，從而使塊狀物1和另一個支撐桿3產生振動。所述系統的振動在檢測元件6中產生信號，而且振動頻率能夠以閉環方式進行控制，以便以諧振頻率連續地振動塊狀物1和支撐桿2、3，所述諧振頻率的值表示裝置的正確的可操作性。沿Z軸向對塊狀物施加加速力或減速力，使塊狀物和支撐桿結構變形，并且檢測所加的加速力或減速力。這種變形(二次振動系統)在基本頻率下具有線性響應(圖4)。
圖2和圖3說明了另一種本發明可行的塊狀物/支撐桿配置。圖2說明一種配置，此配置中有兩個獨立的塊狀物，由適當的支撐桿支持，同時也有適當的激勵和檢測裝置。圖3是配置的橫截面視圖，其中的塊狀物也有單一支撐桿，相應的部件的編號相同。
圖5的電路提供表示圖1至圖3所示類型的裝置中信號變化的輸出信號(與圖4所示類似)，從而提供表示加到裝置上的加速度/減速度的輸出信號。為了在此實例中提供線性響應，參數檢測信號在以1×104赫茲為中心的范圍內。
以下將參考圖6進行說明，本發明的裝置對于激勵頻率具有不同的響應，有幾個峰值。如前所述，在此情況下，所述實例中的讀出信號頻率一般位于1×104赫茲的范圍內。這使得能夠以例如1×105赫茲范圍內的諧振頻率激勵所述裝置，而不會影響讀出信號，但在某種程度上，它可以用來確定裝置的或者基于連續或者基于間斷的功能性。
圖7顯示壓力檢測器的俯視圖，圖中，對應于前面所述加速度計實例的部件的編號均相同。在這種情況下，代替支撐桿和塊狀物配置的中心膜片(可由與支承框架4相同的半導體材料構成)上形成有激勵元件5和檢測元件6。同樣，可以采用一個或一個以上電阻5(在此實例1中處于中央位置)，通過振動方式的熱激勵，來進行裝置1讀出元件(此處為膜片)的激勵。檢測元件6將輸出信號提供給圖5所示類型的電路，使得可以利用第一模式的諧振頻率振動來提供自測試信號，同時，根據由所述檢測器所處氣體的壓力變化引起的膜片位移而利用不同頻率的輸出信號來提供讀出信號。
權利要求
1.一種由半導體材料構成的傳感器，該裝置包括支承框架；讀出元件；以一般對應于第一諧振頻率振動方式的頻率來振動所述讀出元件的裝置；錯誤檢測裝置，用于檢測所述諧振頻率振動方式，所述錯誤檢測裝置的輸出信號表示存在或者不存在所述諧振頻率振動方式對所述激勵的預期的響應；用于檢測所述讀出元件的變形以便提供表示待檢測的參數的輸出信號的裝置，所述變形檢測裝置和錯誤檢測裝置由相同元件構成，其中，用于檢測所述變形的裝置與建立振動的裝置完全相同，并且可以用電子儀器來檢測所述錯誤檢測信號以及讀出信號。
2.根據權利要求1的傳感器，其特征在于所述振動裝置是一個或一個以上電阻元件。
3.根據上述權利要求中任何一個的傳感器，其特征在于所述諧振頻率檢測裝置是一個或一個以上壓敏電阻。
4.根據上述權利要求中任何一個的傳感器，其特征在于所述半導體是硅。
5.根據上述權利要求中任何一個的傳感器，其特征在于所述支承框架和讀出元件由單一半導體基片構成。
6.根據上述權利要求中任何一個的傳感器，它設置成起加速器的作用，其特征在于所述讀出元件包括至少一個支撐桿和至少一個塊狀物。
7.根據權利要求6的傳感器，其特征在于所述振動裝置設置在一個或一個以上所述支撐桿上。
8.根據權利要求6或7的傳感器，其特征在于所述壓敏電阻設置在一個或一個以上所述支撐桿上。
9.根據權利要求1至5中任何一個的傳感器，它設置成起壓力傳感器的作用，其特征在于所述傳感元件是膜片。
10.根據權利要求1至5中任何一個的傳感器，其特征在于設置成起流量傳感器的作用。
全文摘要
一種由半導體材料構成的傳感器。該裝置包括支承框架、讀出元件、以及以一般對應于第一諧振頻率振動方式的頻率來振動讀出元件的裝置。錯誤檢測裝置檢測諧振頻率振動方式,錯誤檢測裝置的輸出表示存在或者不存在所述諧振頻率振動方式對所述激勵的預期的響應。檢測讀出元件變形的裝置提供表示待檢測的參數的輸出信號,變形檢測裝置和錯誤檢測裝置由相同元件構成。
文檔編號G01L1/18GK1329243SQ0112170
公開日2002年1月2日 申請日期2001年6月18日 優先權日2000年6月16日
發明者T·克維斯特雷, J·亨里克 申請人:森桑諾爾有限公司