[发明专利]使用量子分子旋转状态跃迁的压力感测

说明书

压力换能器(100)包括腔(102)、设置在腔(102)内的第一偶极分子(104)，和设置在腔(102)内的第二偶极分子(106)。第一偶极分子(104)在相对于腔压力的固定频率下表现出量子旋转状态跃迁。第二偶极分子(106)在随腔压力而变化的频率下表现出量子旋转状态跃迁。

背景技术

各种应用均要求维持密封室的完整性，以确保设备正常运行。例如，对于旨在维持低内部压力的壳体，壳体中的泄漏可允许稀释或污染壳体的内容物的流体进入，以至于壳体的内容物不再可用于预期目的。在一个特定的应用中，芯片级原子钟的波导包含选定的蒸汽，并且需要维持适当的密封，以确保蒸汽的压力和钟的正常运行。

发明内容

为了测量密封腔的压力，压力换能器包括腔、设置在腔内的第一偶极分子和设置在腔内的第二偶极分子。第一偶极分子在相对于腔压力的固定频率下表现出量子分子旋转状态跃迁。第二偶极分子在随腔压力而变化的频率下表现出量子分子旋转状态跃迁。

一种测量腔中的压力的方法，包括将信号发射到腔中。腔包含在相对于腔压力的固定频率下表现出量子分子旋转状态跃迁的第一偶极分子，以及在随腔压力而变化的频率下表现出量子分子旋转状态跃迁的第二偶极分子。该方法还包括基于第一偶极分子和第二偶极分子的量子分子旋转状态跃迁的频率之差来确定腔中的压力。

一种时钟发生器，包括形成在硅衬底上的气密腔、时钟发生电路和压力监测电路。第一偶极分子和第二偶极分子设置在腔内。第一偶极分子在相对于腔压力的固定频率下表现出量子分子旋转状态跃迁。第二偶极分子在随腔压力而变化的频率下表现出量子分子旋转状态跃迁。时钟发生电路被配置成基于第一偶极分子的固定频率来生成输出时钟信号。压力监测电路被配置成基于第一偶极分子和第二偶极分子的量子分子旋转状态跃迁的频率之差来确定腔内的压力。

附图说明

图1示出根据各种实施例的压力换能器的框图，该压力换能器基于两个偶极分子的量子旋转状态跃迁的频率来测量压力。

图2示出偶极分子沿三个正交轴线的三种旋转模式。

图3示出根据各种实施例的具有量子旋转状态跃迁的压敏频率的偶极分子的量子旋转状态跃迁的频率变化的示例。

图4示出根据各种实施例的检测到的信号幅度关于偶极分子的量子旋转状态跃迁的频率的变化的示例。

图5示出根据各种实施例的基于两个偶极分子的量子旋转状态跃迁的频率来测量压力的方法的流程图。

图6示出根据各种实施例的时钟发生器的框图，该时钟发生器包括基于两个偶极分子的量子旋转状态跃迁的频率的压力测量。

具体实施方式

在本说明书中，术语“耦合(couple或couples)”是指间接或直接的有线或无线连接。因此，如果第一装置耦合到第二装置，则该连接可通过直接连接或通过经由其他装置和连接的间接连接。另外，在本说明书中，叙述“基于(based on)”意指“至少部分地基于(based at least in part on)”。因此，如果X基于Y，则X可为Y和任意数量的其他因素的函数。

常规压力测量采用多种换能器技术。各种压力换能器技术将应变测量为指示压力。其他换能器技术测量颗粒密度或热变化来确定压力。每种常规技术均有其优点和缺点。通常，每一种技术均需要向系统中添加测量设备，并且一些技术需要该设备可接触到加压介质(例如，进入到压力容器的内部)。在许多应用中，不希望或不可能增加压力测量设备。例如，系统的尺寸和/或结构可排除压力测量设备的添加。