[发明专利]一种四压力膜结构差动型石英梁谐振压力传感器

说明书

本发明公开了一种四压力膜结构差动型石英梁谐振压力传感器，包括压力膜层和谐振层；所述压力膜层上形成有第一压力膜、第二压力膜、第三压力膜和第四压力膜，第一压力膜的正面设有第一凸台，第二压力膜的正面设有第二凸台，第三压力膜的正面设有第三凸台，第四压力膜上的正面设有第四凸台；所述谐振层上具有镂空区，所述镂空区中形成有第一锚点、第二锚点、第三锚点、第四锚点、双端固支第一悬空石英梁以及双端固支第二悬空石英梁，各凸台与各锚点接合。本发明通过设计两组石英梁和四个压力膜，改变石英梁在压力膜上的偏置程度，使两组石英梁的谐振频率产生差值，提高传感器的灵敏度，并同时减小因环境温度波动而产生的热误差的影响。

技术领域

本发明涉及压力传感器领域，具体地说涉及一种四压力膜结构差动型石英梁谐振压力传感器。

背景技术

伴随着微机电系统技术的发展，传感器的发展也趋向于微型化。目前的微型压力传感器有压阻式、电容式和谐振式等，谐振式压力传感器的精度、灵敏度高，线性度好，抗干扰性强，是研究的一个热门方向，这一类MEMS传感器材料大多数为硅，硅作为敏感元件，同时也作为谐振元件，其复杂的激励和检测方式影响传感器品质因数的提升。

相比而言，石英晶体具有天然的压电效应，制作谐振元件品质因数高，容易激励和检测，但现有的石英谐振压力传感器一般采取传统的精密机械加工工艺，传感器尺寸难以实现微型化，与MEMS工艺兼容性较差。

将石英与硅相结合，采用石英作为谐振材料，而硅作为压力敏感材料，可以实现高品质因数，同时可以利用MEMS工艺批量加工的优点。然而，硅和石英晶体两种材料存在热膨胀系数不一致的问题，容易因温度波动而引起热误差。常规温度补偿的方法主要有热敏电阻、电路补偿以及设置参考传感器等，这些方法虽然能补偿温度对测量精度的影响，但会导致传感器结构复杂和体积大等问题，同时无法实现差动测量以提高测量灵敏度。

发明内容

为了克服现有的石英谐振型压力传感器难以实现差动测量而容易引起温度漂移等缺点，本发明提供了一种四压力膜结构差动型石英梁谐振压力传感器，通过设计的四压力膜形成差动测量，改变石英梁在压力膜上的偏置程度大幅提高传感器的灵敏度，同时减小因环境温度波动而产生的热误差的影响，具有高灵敏度、高精度的优点。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种四压力膜结构差动型石英梁谐振压力传感器，包括叠设在一起的压力膜层和谐振层；

所述压力膜层上形成有第一压力膜、第二压力膜、第三压力膜和第四压力膜，所述第一压力膜的正面设有第一凸台，所述第二压力膜的正面设有第二凸台，所述第三压力膜的正面设有第三凸台，所述第四压力膜的正面设有第四凸台；

所述第一压力膜、所述第二压力膜、所述第三压力膜和所述第四压力膜均呈矩形且尺寸相同，所述第一压力膜和所述第二压力膜呈左右分布且前后侧边齐平，所述第三压力膜和所述第四压力膜也呈左右分布且前后侧边齐平，所述第一凸台处于所述第一压力膜的左右方向中线上并位于所述第一压力膜的前后方向中线左侧，所述第二凸台处于所述第二压力膜的左右方向中线上并位于所述第二压力膜的前后方向中线右侧，所述第三凸台处于所述第三压力膜的左右方向中线上并位于所述第三压力膜的前后方向中线右侧，所述第四凸台处于所述第四压力膜的左右方向中线上并位于所述第四压力膜的前后方向中线左侧；

所述第一凸台、所述第二凸台、所述第三凸台和所述第四凸台均呈长方体形且尺寸相同，所述第一凸台距所述第一压力膜的左侧边的距离、所述第二凸台距所述第二压力膜的右侧边的距离、所述第三凸台距所述第三压力膜的右侧边的距离以及所述第四凸台距所述第四压力膜的左侧边的距离相同；