[发明专利]一种谐振式MEMS压力传感器

说明书

本发明公开了一种谐振式MEMS压力传感器，包括：敏感膜；至少一根谐振梁，谐振梁的两端分别通过第一锚点和第二锚点固定在敏感膜上；至少一个驱动器，用于驱动谐振梁；至少一个检测器，用于检测谐振梁的谐振频率；转向机构，与谐振梁连接，还与驱动器和检测器中的一个或两个连接，使得驱动器和检测器中的一个或两个的运动方向正交于谐振梁的运动方向。通过转向机构，减少驱动器和/或检测器由敏感膜面外运动产生的位移，从而减小驱动器和/或检测器的静态电容值的变化，达到提高谐振式MEMS压力传感器精确度，减少相位误差和非线性问题。

技术领域

本发明涉及MEMS传感器领域，尤其涉及一种谐振式MEMS压力传感器。

背景技术

压力传感器是能感受压力信号，并能按照一定的规律将压力信号转换成可用的输出的电信号的器件或装置。基于微机电系统(Micro—electro-mechanical-systems，MEMS)技术的硅微机械谐振压力传感器是目前精度最高、长期稳定性最好的压力传感器之一。谐振式压力传感器利用谐振器把被测压力转换成频率信号的压力传感器，即被测压力引起谐振器等效刚度变化，从而改变谐振器的谐振频率，通过测量谐振频率的变化获得被测压力的大小。

硅微机械谐振压力传感器主要可以分为复合结构以及振动膜结构，其中复合结构具体为压力敏感膜片与谐振器复合结构。为了检测谐振梁的固有频率，需要选取适当的激励和检测方式。MEMS谐振梁常用的激励/检测方式有静电激励/电容检测、电磁激励/电磁检测、电热激励/压阻检测、光热激励/光信号检测、逆压电激励/压电检测等。

硅微机械谐振压力传感器的信噪比高、抗干扰能力强，并且具有体积小、重量轻、功耗低、结构紧凑、温度响应快、抗冲击、易于集成化和利于批量生产等优点，也因此常被用于需要高精密度测量或严格工业控制的多种场合。

常规的谐振器(如DRUCK公司常规谐振器)，当敏感膜受压力变形时，会导致可动梳齿发生面外运动产生位移，从而导致与驱动或检测梳齿组的静态电容发生变化，产生导致相位误差或非线性问题。

因此，本领域的技术人员致力于开发一种相位误差或非线性减小的谐振式MEMS压力传感器。

发明内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是如何提高谐振式MEMS压力传感器的精确度，减少相位误差或非线性问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种谐振式MEMS压力传感器。在一个具体实施方式中，该谐振式MEMS压力传感器，包括：

敏感膜，能随压力变化发生形变；

至少一根谐振梁，谐振梁的两端分别通过第一锚点和第二锚点固定在敏感膜上；

至少一个驱动器，用于驱动谐振梁；

至少一个检测器，用于检测谐振梁位移幅度，和驱动器一起构成闭环系统，使系统振动在谐振点；

转向机构，与谐振梁连接，还与驱动器和检测器中的一个或两个连接，使得驱动器和检测器中的一个或两个的运动方向正交于谐振梁的运动方向。通过这样的运动方向转变，使得谐振梁形变位移引起的第一传递臂朝向敏感膜平面内外的位移在驱动器和/或检测器的可动梳齿组的朝向膜平面内外的位移被减小，从而起到减少相位误差及非线性的问题。

进一步地，转向机构为L型，包括：

第一臂，通过第一传递梁与谐振梁连接；和

第二臂，和第一臂相连，通过第二传递梁与驱动器或检测器中的一个或两个连接。

可选地，第二臂的长度大于第一臂的长度，使得检测器的运动幅度大于谐振梁的运动幅度。检测器的运动幅度大有助于增大检测信号，谐振梁的运动幅度小有助于减小非线性。

进一步地，第一传递梁通过第一折叠梁与谐振梁相连；和/或