[发明专利]用于处理压力测量单元的测量信号的方法以及测量单元装置

说明书

本发明涉及用于处理压力测量单元的测量信号的方法以及具有压力测量单元的测量单元装置。

已知的是，如此测量压力或压差，使薄膜承受压力并且测量其由此造成的弯曲。已知的适用于测量这种膜的弯曲的方法在于，膜布置被设计为可变电容，其中，通过测量电子装置分析与压力变化相关的电容变化。如此设计该电容，其中易弯曲的薄膜表面相对于主体的另一个表面近距离布置并且导电地构造两个彼此对置的表面。当膜和主体由不导电的介电材料构成时，所述表面为此被涂覆例如导电的涂层，由此形成电容电极。膜和/或主体本身也可以由导电材料制造，其中，所述表面于是又形成电容电极。在膜承受压力时，两个电极之间的距离因为弯曲而变化，这导致可分析的电容变化。这种传感器例如由硅大批量地制造。在此情况下，扁平的基体和膜通常都完全由硅构成。还有具有组合材料成分的实施方式，例如带有玻璃基底的硅。传感器由此可以低成本制造。这种压力传感器一般只能被用于在约10^-1mbar至几巴范围内的较高压力范围。在从约10^-1mbar起的较低压力下的高分辨率无法再用材料硅实现。这种传感器并不适用于典型的真空应用场合。为了各种待控的真空处理，真空下的压力测量通常在大气压与10^-6mbar之间的范围内执行。这样的测量要求真空压力测量的具有较高分辨率的高灵敏度以及良好的可再现性，为此，只有专门设计的测量单元能够完全不同于高压测量单元的结构。

电容式膜压力测量单元特别适用于真空压力测量，其由耐蚀材料如Al₂O₃制造。在EP1070239B1中描述了一种已知的电容式真空测量单元，其基本上完全由陶瓷构成并因而非常耐蚀。为了能够在高精度情况下测量低至10^-6mbar的很低的压力，采用例如60μm厚的很薄的陶瓷膜，其无应力地对称布置在陶瓷壳体内。

在此情况下，电容器电极或膜表面距壳体表面的距离优选在2μm至50μm范围内。这种膜压力测量单元的直径优选在5mm至80mm范围内。由此形成的待测电容在10pF到32pF的范围内。借助新的电子装置，我们现在能够测量5pF至1000pF范围内的电容。所测得的电容此时用作待测压力的量度。当膜根据压力弯曲时，该电容相应地变化，由此可以检测加在膜上的压力。该电容测量必须很精确地进行且在小电容值的情况下并不简单，因为小的电容导致了由压力变化引起的电容变化也是极小的。其结果就是由此产生的或导出的电信号极小并因而易受干扰。

因此，对根据之前的实施方式的用于处理压力信号的信号处理系统相应提出了高要求。此外，采用以下的滤波器算法以便优化被测压力信号的性能以便继续应用，例如用于控制处理室内的压力。此时尝试提供一种滤波器算法，其同时达成用于处理压力信号的两个相互矛盾的目的：其一，应该尽可能快速结束例如在测量信号的阶梯形变化之后的起振过程，即，滤波器的输出信号应该尽可能快速导致稳定的输出信号。为此，可能因为压力变化而尽可能快速启动或许所需要的行动。其二，应该通过所述滤波器算法尽可能强地抑制可能的噪声信号。为此，根据第一条件要求尽可能快速的滤波器，而根据第二条件相反期望缓慢的滤波器。

已知进行了大量的尝试来提供一种滤波器算法并进而提供一种用于用来处理测量信号的滤波器的传递函数，以获得两个相互矛盾的目的。已知的滤波器算法基于折中，其在本应用中在利用高度敏感的传感器测量压力时并未导致令人满意的结果。

在US5838599中描述了一种针对滤波器的变型，其不仅允许在输入信号急速变化时的短暂的起振过程，也允许起振状态下输入信号中的噪声信号成分的良好降低。

另外参考US2013/0016888A1，其公开了一种利用用于消除噪声的线性滤波器的复杂的计算方法。

本发明的任务在于，提供一种用于处理测量信号的简单方法，其中，实现了明显的噪声信号抑制，但同时对显着改变的测量信号的快速响应是可能的。

该任务通过权利要求1的特征来完成。有利的实施方式以及具有压力测量单元的测量单元装置在其它权利要求中提供。

根据本发明的用于确定压力单元内的压力的方法在于：

-确定测量信号，该测量信号至少与所测量的压力单元中的压力成比例，

-通过至少减少、优选地消除包含在测量信号中的噪声信号，借助具有传递函数的滤波器单元从所述测量信号产生输出信号，

-确定测量信号的随时间的变化，

-根据测量信号的随时间的变化设定所述传递函数。