[实用新型]压力传感器设备

说明书

技术领域

本公开涉及电子器件领域，并且更具体地，涉及压力传感器设备。

背景技术

在固态结构中，尤其在例如桥梁、建筑物、隧道、铁路、隔离墙、水坝、提防、管道和大都市运输线的地下结构等的承重结构中，在许多点处监控重要参数等(例如压力、温度和机械应力)是十分重要的。周期性或连续性地执行这种监控，并且这种监控在结构的初始阶段和寿命持续期间非常有用。

出于这种目的，该领域中的方法包括基于电子传感器的电子监控设备的应用，其能够以低成本来提供良好的性能。通常，这种设备被应用于将被监控的结构的表面上，或者应用于结构中已经存在并且可以从外部接入的凹槽内。

这种设备不能够穷尽地检测将被监控的结构内的参数，而知道这些参数对评估结构的质量、安全性、老化、对可变大气条件的反应等是非常有用的。此外，这种设备通常只能在结构被建造好之后应用而不能在建造结构时应用。因此，它们不能评估可能的初始或内部缺陷。

在Yamashita等人的美国专利第6,950,767号中公开了针对这些要求的方法，提供了一种整体包含(即，“埋入”)在制造被监控结构的材料(例如，钢筋混凝土)中的电子监控设备。更具体地，埋入结构的设备是被密封在单个封装件中的完整系统，其由组装在衬底上、通过利用金属连接制成的电连接而连接在一起的多个芯片中制造的不同部分(诸如集成电路、传感器、天线、电容器、电池、存储器、控制单元等)组成。

Yamashita等人的美国专利第6,950,767号的系统还包括子系统，其具有与电源相关的功能，例如通过电磁波从外部接收能量的情况下的整流器或者用于内部生成电能的自身电池。可以观察到，监控系统用于初始“埋入”建筑材料(例如，液态混凝土，随后将被固化)中，然后保持“埋入”固态结构中，其经受临界条件，例如极其高的压力，甚至可以为几百大气压。还例如由于水渗透而随时间而存在多种其他磨损原因，这会损伤系统。

诸如Yamashita等人的美国专利第6,950,767号中公开的系统的潜在缺陷源于它们是复合系统的事实，即使它们被封装在封装件中，因此会在面对它们工作的操作条件时产生损伤。具体地，封装件的各个部件之间的电互连是易受损伤的。通常，严酷环境(诸如钢筋混凝土)内的电互连是不可靠的并且例如由于机械应力和腐蚀而具有较短的寿命。

此外，在封装件中设置“窗口”以允许传感器检测相关参数，这会是湿气可能渗透的弱点。此外，涂覆材料中的破裂或瑕疵会使得水和化学物质渗透到封装件的内部并引起短路。除水之外，诸如潜在的腐蚀性酸的其他物质也会渗入。通常，尽管设计用于所提到的用法，但Yamashita等人的美国专利第6,950,767号由于这种系统的结构复杂性(尽管被小型化)而具有限制。可能的方法是创建完全埋入集成电路的电子系统而不具有电互连，但这会需要有效方式来通过电磁波为IC提供电能，由于半导体材料导电性而减少电能损失。

实用新型内容

为解决上述问题，本公开提供了一种压力传感器设备，位于测量机械参数的材料内，其特征在于，所述压力传感器设备包括：集成电路IC，包括：环形振荡器，包括至少一个反相器级，所述至少一个反相器级包括第一掺杂压敏电阻器对和第二掺杂压敏电阻器对，每个压敏电阻器对均包括彼此正交布置且具有相同电阻值的两个压敏电阻器，每个压敏电阻器对均具有响应于压力的第一电阻值和第二电阻值，以及输出接口，耦合至所述环形振荡器，并且被配置为生成基于所述第一电阻值和所述第二电阻值并且表示垂直于所述集成电路IC的压力的压力输出信号。

此外，还提供了一种压力传感器设备，位于测量机械参数的材料内，其特征在于，所述压力传感器设备包括：集成电路IC，包括：环形振荡器，包括至少一个反相器级，所述至少一个反相器级包括第一掺杂压敏电阻器对和第二掺杂压敏电阻器对，电容器，耦合至所述第一掺杂压敏电阻器对和所述第二掺杂压敏电阻器对，每个压敏电阻器对均包括彼此正交布置且具有相同电阻值的两个压敏电阻器，每个压敏电阻器对均具有响应于压力的第一电阻值和第二电阻值，以及无线输出接口，耦合至所述环形振荡器，并且被配置为生成基于所述第一电阻值和所述第二电阻值并且表示垂直于所述集成电路IC的压力的压力输出信号。