RU2548404C1 - Method to measure difference of pressures by sensor with frequency modulated output signal and sensor for realisation of method - Google Patents
Method to measure difference of pressures by sensor with frequency modulated output signal and sensor for realisation of method Download PDFInfo
- Publication number
- RU2548404C1 RU2548404C1 RU2013147847/28A RU2013147847A RU2548404C1 RU 2548404 C1 RU2548404 C1 RU 2548404C1 RU 2013147847/28 A RU2013147847/28 A RU 2013147847/28A RU 2013147847 A RU2013147847 A RU 2013147847A RU 2548404 C1 RU2548404 C1 RU 2548404C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- sensor
- output signal
- resonators
- modulated output
- frequency
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Measuring Fluid Pressure (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к приборостроению, может быть использовано самостоятельно или в составе измерительно-вычислительных комплексов и систем управления, работающих в широком диапазоне механических и тепловых воздействий и предназначенных для получения информации о разности давлений исследуемых жидких и газообразных сред.The invention relates to instrumentation, can be used independently or as part of measuring and computing systems and control systems operating in a wide range of mechanical and thermal influences and designed to obtain information about the pressure difference of the studied liquid and gaseous media.
Изобретение может быть использовано в измерительно-вычислительных комплексах для систем транспортировки жидкостей, газов, в системах подачи топлива, в двигателях внутреннего сгорания, паровых и газовых турбинах, инженерных сетях различного назначения, в бытовой технике.The invention can be used in measuring and computing systems for transporting liquids, gases, in fuel supply systems, in internal combustion engines, steam and gas turbines, utility networks for various purposes, in household appliances.
Известен способ измерения разности давлений датчиками с частотно-модулированным выходным сигналом. Кремниевые резонаторы обладают одинаковыми формой, размерами и идентичными механическими характеристиками, эпитаксиально выращены на рабочих поверхностях мембран.A known method of measuring the pressure difference by sensors with a frequency-modulated output signal. Silicon resonators have the same shape, size and identical mechanical characteristics, are grown epitaxially on the working surfaces of the membranes.
Известен патент США №4841775 [1], содержащий датчик разности давлений, выполненный в виде единого кремниевого кристалла, включающего диод и транзистор.Known US patent No. 4841775 [1] containing a differential pressure sensor, made in the form of a single silicon crystal, including a diode and a transistor.
Известен способ измерения разности давлений с частотно-модулированным выходным сигналом (патент ЕРО 456029 А1) [2], по которому используют мембрану с эпитаксиально выращенными на ней резонаторами, возбуждают колебания резонаторов и формируют выходной сигнал.A known method of measuring the pressure difference with a frequency-modulated output signal (patent EPO 456029 A1) [2], which use a membrane with epitaxially grown resonators on it, excite oscillations of the resonators and generate an output signal.
Известен также микромеханический датчик давления с частотно-модулированным выходным сигналом по указанному патенту [2], содержащий корпус, кремниевую мембрану с эпитаксиально выращенными на ней в едином технологическом процессе резонаторами и вакуумирующими их капсулами для обеспечения достаточно высокого уровня добротности механической колебательной системы, систему возбуждения колебаний с постоянным магнитом, систему формирования выходного сигнала.Also known is a micromechanical pressure sensor with a frequency-modulated output signal according to the aforementioned patent [2], comprising a housing, a silicon membrane with resonators epitaxially grown on it in a single technological process and their capsules evacuating them to ensure a sufficiently high level of quality factor of a mechanical oscillating system, an oscillation excitation system with a permanent magnet, a system for generating an output signal.
Этот датчик обладает достаточно высокими метрологическими характеристиками, поскольку мембрана, резонаторы и капсула являются фрагментами одного монокристалла и изготовлены без применения операций соединения методами эпитаксиального наращивания и селективного травления. Решение по данному патенту выбрано в качестве ближайшего аналога.This sensor has sufficiently high metrological characteristics, since the membrane, resonators and capsule are fragments of a single crystal and are made without the use of bonding by epitaxial growth and selective etching. The solution for this patent is selected as the closest analogue.
Однако сложность процесса изготовления пары «резонатор-капсула» и вакуумирования пространства внутри капсулы делает способ и конструкцию ближайшего аналога нетехнологичной, поскольку применяемый процесс является одним из наиболее сложных среди применяемых в технологии микросистем.However, the complexity of the manufacturing process of the “resonator-capsule” pair and the evacuation of the space inside the capsule makes the method and design of the closest analogue not technologically advanced, since the process used is one of the most complex among the microsystems used in the technology.
Предлагаемые способ и конструкция датчика не требуют применения вакуумирующих капсул, как у прототипа, что существенно упрощает конструкцию и делает ее намного технологичней при сохранении высоких метрологических характеристик и добротности резонатора.The proposed method and design of the sensor does not require the use of vacuum capsules, as in the prototype, which greatly simplifies the design and makes it much more technological while maintaining high metrological characteristics and quality factor of the resonator.
Указанный технический результат достигается тем, что в предлагаемых способе и датчике с частотно-модулированным выходным сигналом в полом корпусе содержится чувствительный элемент - две кремниевые монокристаллические мембраны с эпитаксиально выращенными на ней вторичными измерительными элементами - резонаторами, разделенные вакуумированным промежутком, обеспечивающим требуемый уровень добротности механической колебательной системы без дополнительного капсулирования (замкнутых капсул), которое применяется в прототипе.The specified technical result is achieved by the fact that the proposed method and the sensor with a frequency-modulated output signal in the hollow housing contains a sensitive element - two silicon single crystal membranes with secondary measuring elements epitaxially grown on it - resonators separated by a vacuum gap, providing the required level of quality of mechanical vibrational system without additional encapsulation (closed capsules), which is used in the prototype.
Таким образом, сущность изобретения можно сформулировать так.Thus, the essence of the invention can be formulated as follows.
Способ измерения разности давлений датчиком с частотно-модулированным выходным сигналом, по которому используют мембрану с эпитаксиально выращенными на ней резонаторами, возбуждают колебания резонаторов и формируют выходной сигнал, отличающийся тем, что дополнительно вводят мембрану с резонаторами с возможностью образования вакуумированного промежутка.A method for measuring the pressure difference by a sensor with a frequency-modulated output signal, which uses a membrane with resonators grown epitaxially on it, oscillates the resonators and generates an output signal, characterized in that an additional membrane with resonators is introduced with the possibility of forming a vacuum gap.
Датчик измерения разности давлений с частотно-модулированным выходным сигналом, реализующий способ по п. 1, содержащий мембрану с эпитаксиально выращенными на ней резонаторами, систему возбуждения колебаний резонаторов с постоянным магнитом и систему формирования выходного сигнала, отличающийся тем, что обе мембраны с резонаторами разделены вакуумированным промежутком и образуют корпус.A pressure difference measuring sensor with a frequency-modulated output signal that implements the method according to claim 1, comprising a membrane with resonators epitaxially grown on it, a permanent magnet resonator excitation system and an output signal generating system, characterized in that both membranes with resonators are separated by a vacuum gap and form a body.
Изобретение иллюстрируется на чертежах: фиг. 1 - конструктивное исполнение датчика, фиг. 2 - разрез фиг. 1 по линии А-А (увеличенный масштаб), фиг. 3 - функциональна схема датчика. На чертежах цифрами обозначено: 1 - корпус датчика, 2 - идентичные кремниевые мембраны 2 с резонаторами 3, 4, постоянный магнит 5 с магнитопроводом 6; система возбуждения резонаторов 7, система съема и обработки сигнала 8.The invention is illustrated in the drawings: FIG. 1 is a design of the sensor, FIG. 2 is a sectional view of FIG. 1 along line AA (enlarged scale), FIG. 3 is a functional diagram of a sensor. In the drawings, the numbers indicate: 1 - the sensor housing, 2 -
На чертежах представлен предлагаемый датчик. Он содержит полый корпус 1, чувствительный элемент - две независимые идентичные кремниевые мембраны 2 с резонаторами 3, 4. Возбуждение собственных колебаний резонатора осуществляется в результате взаимодействия магнитного поля, создаваемого постоянным магнитом 5, с магнитопроводом 6, находящимся в вакуумированном пространстве между мембранами, с магнитным полем тока, пропускаемого через балки резонаторов.The drawings show the proposed sensor. It contains a hollow body 1, a sensitive element - two independent
Датчик работает следующим образом. Под действием сил давления происходит деформация мембран 2, приводящая к растяжению или сжатию резонаторов 3, 4 и изменению их резонансных частот пропорционально измеряемым давлениям.The sensor operates as follows. Under the action of pressure forces, the
Разность давлений определяется сравнением резонансных частот резонаторов каждой мембраны, при этом собственные колебания резонаторов обеспечиваются силой Ампера, возникающей при взаимодействии магнитных полей постоянного магнита и тока в балке возбуждения резонатора.The pressure difference is determined by comparing the resonant frequencies of the resonators of each membrane, while the natural oscillations of the resonators are provided by the Ampere force arising from the interaction of the magnetic fields of the permanent magnet and the current in the resonator excitation beam.
Датчик может выполняться как в защищенном, так и незащищенном вариантах, а также может использоваться как датчик абсолютного давления.The sensor can be performed in both protected and unprotected versions, and can also be used as an absolute pressure sensor.
Источники информацииInformation sources
1. Патент США №4841775, G01L 9/00, G01L 011/00, заявл. 19.01.1988, опубл. 27.06.1989.1. US patent No. 4841775, G01L 9/00, G01L 011/00, decl. 01/19/1988, publ. 06/27/1989.
2. Европейский патент ЕРО 456029 A1, G01L 11/00, заявка №91106472.3, заявл. 23.04.1991, опубл. 13.11.1991.2. European patent EPO 456029 A1, G01L 11/00, application No. 91106472.3, decl. 04/23/1991, publ. 11/13/1991.
Claims (2)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013147847/28A RU2548404C1 (en) | 2013-10-25 | 2013-10-25 | Method to measure difference of pressures by sensor with frequency modulated output signal and sensor for realisation of method |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013147847/28A RU2548404C1 (en) | 2013-10-25 | 2013-10-25 | Method to measure difference of pressures by sensor with frequency modulated output signal and sensor for realisation of method |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2548404C1 true RU2548404C1 (en) | 2015-04-20 |
RU2013147847A RU2013147847A (en) | 2015-04-27 |
Family
ID=53283187
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2013147847/28A RU2548404C1 (en) | 2013-10-25 | 2013-10-25 | Method to measure difference of pressures by sensor with frequency modulated output signal and sensor for realisation of method |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2548404C1 (en) |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0456029A1 (en) * | 1990-05-10 | 1991-11-13 | Yokogawa Electric Corporation | Vibrating type pressure measuring device |
RU2371841C2 (en) * | 2007-11-30 | 2009-10-27 | Оао "Нпо "Эркон" | Acoustoelectric surface acoustic wave sensor |
-
2013
- 2013-10-25 RU RU2013147847/28A patent/RU2548404C1/en active
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0456029A1 (en) * | 1990-05-10 | 1991-11-13 | Yokogawa Electric Corporation | Vibrating type pressure measuring device |
RU2371841C2 (en) * | 2007-11-30 | 2009-10-27 | Оао "Нпо "Эркон" | Acoustoelectric surface acoustic wave sensor |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2013147847A (en) | 2015-04-27 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Patimisco et al. | Analysis of the electro-elastic properties of custom quartz tuning forks for optoacoustic gas sensing | |
Melamud et al. | Temperature-insensitive composite micromechanical resonators | |
CN101067555B (en) | Force balancing resonance micro-mechanical gyro | |
Rodriguez et al. | Direct detection of anchor damping in MEMS tuning fork resonators | |
Ng et al. | Stability of silicon microelectromechanical systems resonant thermometers | |
Pandit et al. | Practical limits to common mode rejection in mode localized weakly coupled resonators | |
Zhou et al. | Mitigating thermoelastic dissipation of flexural micromechanical resonators by decoupling resonant frequency from thermal relaxation rate | |
Feng et al. | Concepts and key technologies of microelectromechanical systems resonators | |
HyuckAhn et al. | Encapsulated disk resonator gyroscope with differential internal electrodes | |
RU2548404C1 (en) | Method to measure difference of pressures by sensor with frequency modulated output signal and sensor for realisation of method | |
Le Traon et al. | Monolithic differential vibrating beam accelerometer within an isolating system between the two resonators | |
RU2548582C1 (en) | Measuring method of pressure difference with sensor with frequency-modulated output signal and sensor for method's implementation | |
RU140219U1 (en) | SENSOR WITH FREQUENCY-MODULATED OUTPUT SIGNAL | |
CN109477816B (en) | Optimized mechanical resonator operating in a fluid | |
RU141302U1 (en) | SENSOR WITH FREQUENCY-MODULATED OUTPUT SIGNAL | |
Ortiz et al. | Thermal effects of ovenized clocks on episeal encapsulated inertial measurement units | |
Song et al. | A MEMS resonant lorentz-force magnetometer with both structural topology optimization and parametric pumping for Q-factor enhancement | |
Thakur et al. | Analysis of acceleration sensitivity in MEMS tuning fork gyroscope | |
RU2828647C1 (en) | Microelectromechanical vibration pressure sensor | |
Langfelder et al. | Temperature Sensing for MEMS Sensors: A Review, and Chances for the Frequency-Control Community | |
CN106705949A (en) | Force balance type resonant micromechanical gyroscope | |
RU2623182C1 (en) | Piezoresonance sensitive element of absolute pressure | |
Guo et al. | An ultra high-Q micromechanical in-plane tuning fork | |
RU2107278C1 (en) | Vibration sensitive element of gas density | |
Frigerio et al. | Epitaxial Polysilicon MEMS Temperature Sensor with 0.043° C Resolution at 4-Hz Data Rate |