CN116754107B - 具有放大结构的高灵敏度谐振压力传感器及信号调理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了具有放大结构的高灵敏度谐振压力传感器及信号调理方法，涉及谐振压力传感器技术领域，其目的是实现可靠性和稳定性更高且具备更高的灵敏度和分辨率的压力传感器，包括压力敏感薄膜、谐振检测结构和两个单级放大结构；谐振检测结构设置有谐振梁；谐振检测结构的谐振梁的两端分别设置一个所述单级放大结构；压力敏感薄膜用于感知外界压力并产生形变；单级放大结构上设置有与所述压力敏感薄膜的相连的多个锚点，单级放大结构用于放大并传递所述形变；谐振检测结构用于接收所述单级放大结构传递的形变，通过谐波感应所述外界压力。本发明的压力传感器具有灵敏度和分辨率更高且降低噪声的优点。
Description
技术领域
本发明涉及谐振压力传感器技术领域，具体而言，涉及具有放大结构的高灵敏度谐振压力传感器及信号调理方法。
背景技术
在现代工程和科学领域中，压力传感器扮演着关键的角色，用于测量和监测各种介质的压力。
然而，传统的压力传感器在灵敏度和分辨率方面存在一定的限制，这限制了其在一些应用领域的性能和可靠性。随着微机电***（MEMS）技术的发展和应用，硅谐振压力传感器成为一种受到广泛关注的技术。硅谐振压力传感器利用谐振频率的变化来测量外部压力，具有高精度、高灵敏度和快速响应的优势。然而，为了获得更高的灵敏度和分辨率，传感器设计需要克服一些技术难题。目前，现有的硅谐振压力传感器在灵敏度和分辨率方面普遍存在一定的局限。标度因数偏低限制了传感器对微小压力变化的检测能力，影响了其在高精度压力监测和控制***中的应用。在现有技术中，专利高灵敏度模态耦合型硅谐振压力传感器及其压力计算方法（专利号：CN114354024B）描述了一种将传统的频率检测型硅谐振压力传感器转换为振动幅值型检测，以提高传感器的灵敏度的方法。然而，该专利的设计存在一些局限，当环境干扰较大时，振幅受环境影响较大，测量精度会收到影响，限制了其实际应用的范围和可行性。另一方面，传感器敏感度提高后，可能会带来的新问题，如信号频率、幅度变大，虽然提高了检测灵敏度，但是也带来信号失真/噪声增加等问题。
因此，需要一种可靠性更高、更稳定同时噪声也更小的设计方案来提高硅谐振压力传感器的灵敏度和分辨率。
发明内容
本发明的目的在于提供具有放大结构的高灵敏度谐振压力传感器及信号调理方法，其可靠性和稳定性更高且具备更高的灵敏度和分辨率且噪声也更小。
本发明的实施例通过以下技术方案实现：
本发明首先提供具有放大结构的高灵敏度谐振压力传感器，包括压力敏感薄膜、谐振检测结构和两个单级放大结构；所述谐振检测结构设置有谐振梁；
所述谐振检测结构的谐振梁的两端分别设置一个所述单级放大结构；
所述压力敏感薄膜用于感知外界压力并产生形变；
所述单级放大结构上设置有与所述压力敏感薄膜的相连的多个锚点，所述单级放大结构用于放大并传递所述形变；
所述谐振检测结构用于接收所述单级放大结构传递的形变，通过谐波感应所述外界压力。
优选地，所述单级放大结构包括输入梁、输出梁、杠杆梁和锚点；所述输入梁为具有弹性的结构；
第一输入梁的第一端设置第一锚点，第一输入梁的第二端连接第一杠杆梁的第一端，且第一输入梁和第一杠杆梁相互垂直；
第二输入梁的第一端设置第二锚点，第二输入梁的第二端连接第二杠杆梁的第一端，且第二输入梁和第二杠杆梁相互垂直；
所述第一杠杆梁的第二端和所述第二杠杆梁的第二端通过输出梁相连；所述输出梁连接到所述谐振梁；
所述第一杠杆梁和所述第二杠杆梁上靠近所述谐振梁的一侧分别连接有第三锚点和第四锚点。
优选地，所述输出梁包括第一边缘、第二边缘和第三边缘；
所述第一边缘的第一端连接所述第一杠杆梁的第二端，所述第三边缘的第一端连接所述第二杠杆梁的第二端；
所述第一边缘的第二端和所述第三边缘的第二端通过所述第二边缘相连，且所述第一边缘和所述第三边缘互相平行；所述第二边缘连接到所述谐振梁。
优选地，所述第三锚点和所述第四锚点分别通过一个连接杆与所述第一杠杆梁和所述第二杠杆梁相连。
优选地，所述谐振检测结构包括谐振梁和多组谐振梳齿结构；所述谐振梳齿结构分布在所述谐振梁的梁体上。
优选地，所述谐振梳齿结构的数量为两组，且两组所述谐振梳齿结构关于所述谐振梁的中心轴相互对称。
优选地，所述谐振梳齿结构包括驱动梳齿和振动梳齿；
所述驱动梳齿和所述振动梳齿均为在基底上垂直设置多根梳齿的结构；
所述驱动梳齿的梳齿端和所述振动梳齿的梳齿端相对而置；
所述振动梳齿的基底一侧贴近所述谐振梁。
优选地，所述谐振梁采用硅材料制成。
为了解决以上问题，本发明还提供了谐振压力传感器信号调理方法，应用于以上任意一项所述具有放大结构的高灵敏度谐振压力传感器，包括以下步骤：
谐振传感器获取激励信号；
通过谐振频率检测电路测量所述谐振传感器的谐振频率；
将所述谐振频率转换为模拟信号；
对所述模拟信号进行处理，所述处理包括放大、滤波和线性化；
将处理后的所述模拟信号转换为数字信号；
对所述数字信号进行滤波、校准和数据处理，然后从所述数字信号中提取压力信息。
本发明实施例的技术方案至少具有如下优点和有益效果：
本发明通过单级放大结构可以实现力的放大，进而增强压力传感器的灵敏度和分辨率；
本发明的单级放大结构的具体结构设计可以在尽可能放大的情况下，避免自身位移过大以至于减弱放大效果；
本发明的谐振检测结构的设计可以有效避免谐振梁与压力敏感薄膜之间的同振质量的干扰，有助于进一步提升谐振压力传感器的灵敏度和分辨率；
本发明的谐振检测不会被环境干扰，因此测量稳定性和可靠性更高，具备更广的应用场景、范围，可行性很高；
本发明还进一步设置了信号调理方法，可以有效避免因为传感器灵敏度提升造成的噪声增大的问题；
本发明设计合理、结构简单，在保证测量精度的情况下尽可能精简了硬件结构，具备很高的性价比，便于实施和推广。
附图说明
图1为本发明实施例提供的具有杠杆放大结构的高灵敏度硅谐振压力传感器的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的谐振梁和压力敏感薄膜的等效模型；
图3为本发明实施例提供的单级放大结构的结构示意图；
图4为本发明实施例提供的谐振检测结构的结构示意图；
图5为本发明实施例提供的谐振压力传感器信号调理方法的原理示意图；
图标：100-单级放大结构，200-谐振检测结构，300-压力敏感薄膜，101A-第一锚点，101B-第二锚点，102A-第一输入梁，102B-第二输入梁，103A-第一杠杆梁，103B-第二杠杆梁，104A-第三锚点，104B-第四锚点，105-输出梁，106-连接杆，201-振动梳齿，202-驱动梳齿，203-谐振梁。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
实施例1
参阅图1-图4，具有放大结构的高灵敏度谐振压力传感器，包括压力敏感薄膜300、谐振检测结构200和两个单级放大结构100；所述谐振检测结构200设置有谐振梁203；
所述谐振检测结构200的谐振梁203的两端分别设置一个所述单级放大结构100；
所述压力敏感薄膜300用于感知外界压力并产生形变；
所述单级放大结构100上设置有与所述压力敏感薄膜300的相连的多个锚点，所述单级放大结构100用于放大并传递所述形变；
所述谐振检测结构200用于接收所述单级放大结构100传递的形变，通过谐波感应所述外界压力。
本实施例的工作原理为：
在传统的压力传感器中，压力敏感膜片承受外界载荷时会发生挠曲变形，压力敏感膜片的挠曲变形是主要的感应机制，然而，由于压力膜片的细小尺寸和限制，其产生的位移信号相对较小，从而限制了传感器的灵敏度和分辨率。
为了提高传感器的灵敏度和分辨率，本实施例引入了单级放大结构100。单级放大结构100的作用是将外界载荷作用于压力敏感薄膜300时产生的微小位移放大，当外界载荷作用于压力敏感薄膜300时，压力敏感薄膜300上的单级放大结构100会发生纵向位移，进而带动位于单级放大结构100末端的谐振梁203发生位移。这种位移放大效应使得谐振梁203所受力的灵敏度，即标度因数得到提高。再结合谐振检测结构200的设计，通过测量谐振梁203频率的变化，就能够准确地反映出压力敏感薄膜300受到的外界压力。
特别说明的是，如图2所示，压力传感器的谐振梁203和压力敏感薄膜300组成的二阶***等效为力学模型，整个***可以表示为二阶微分方程，其中谐振梁203的位移是***的输出量，外界压力是***的输入量。该微分方程描述了谐振梁203在外界压力作用下的运动行为。为避免谐振梁203与压力敏感薄膜300同振质量的干扰，设计谐振梁203等效质量模型与压力敏感薄膜300受压力作用方向垂直。当传感器工作时，压力敏感薄膜300受垂直方向作用力，形成压力敏感薄膜300等效质量的弹簧阻尼模型，压力作用通过硅岛传递至 H型双端固支谐振梁203的固定端，谐振梁203等效质量弹簧阻尼模型为水平方向，理论上几乎没有同振质量的干扰。
综上所述，通过该单级放大结构100和谐振检测结构200的设计，本实施例所提供的一种具有高灵敏度和精确度的硅谐振压力传感器相较于传统设计，能够更加准确地感知微小的压力变化，并将其转化为可测量的电信号输出。
实施例2
本实施例基于实施例1的技术方案，主要对单级放大结构100做进一步说明。
作为本实施例的优选方案，参阅图3，所述单级放大结构100包括输入梁、输出梁105、杠杆梁和锚点；所述输入梁为具有弹性的结构；
第一输入梁102A的第一端设置第一锚点101A，第一输入梁102A的第二端连接第一杠杆梁103A的第一端，且第一输入梁102A和第一杠杆梁103A相互垂直；
第二输入梁102B的第一端设置第二锚点101B，第二输入梁102B的第二端连接第二杠杆梁103B的第一端，且第二输入梁102B和第二杠杆梁103B相互垂直；
所述第一杠杆梁103A的第二端和所述第二杠杆梁103B的第二端通过输出梁105相连；所述输出梁105连接到所述谐振梁203；
所述第一杠杆梁103A和所述第二杠杆梁103B上靠近所述谐振梁203的一侧分别连接有第三锚点104A和第四锚点104B。
进一步，所述输出梁105包括第一边缘、第二边缘和第三边缘；
所述第一边缘的第一端连接所述第一杠杆梁103A的第二端，所述第三边缘的第一端连接所述第二杠杆梁103B的第二端；
所述第一边缘的第二端和所述第三边缘的第二端通过所述第二边缘相连，且所述第一边缘和所述第三边缘互相平行；所述第二边缘连接到所述谐振梁203。
另外，所述第三锚点104A和所述第四锚点104B分别通过一个连接杆106与所述第一杠杆梁103A和所述第二杠杆梁103B相连。
在本实施例中，第一输入梁和第二输入梁102B是具有一定弹性的梁结构，用于产生谐振频率的变化，第一输入梁和第二输入梁102B分别通过第一锚点101A和第二锚点101B与压力敏感薄膜300相连接，当压力敏感薄膜300受到压力作用时，输入梁会受到力的作用而发生位移或形变；
第一杠杆梁103A和第二杠杆梁103B为起到放大受压力影响的敏感元件，比如放大本实施例的如压力敏感薄膜300的变形效应的作用，能分别将对应相连的第一输入梁102A和第二输入梁102B受到的微小位移或形变放大，以增加传感器的灵敏度和分辨率，通过杠杆放大效应，即杠杆梁的放大比例，可以使得谐振梁203所受力的灵敏度得到提高。第一杠杆梁103A和第二杠杆梁103B分别通过第三锚点104A和第四锚点104B与压力敏感薄膜300相连，这种位移通过杠杆梁的放大作用传递到谐振梁203，改变了谐振梁203的弹性刚度，从而导致谐振器固有频率的变化；
最终输出梁105连接到谐振梁203实现压力信号的传递。
为了设计出放大倍数尽可能大的微杠杆，需要对支点进行柔性设计，并使输入梁、输出梁、连接杆和杠杆梁等结构的刚度相互匹配。可以预想，为了实现柔性设计，连接杆弯曲刚度应该较小，同时也需要一定的轴向刚度，以免自身位移过大，减弱放大效果。具体放大倍数可以通过受力分析实现。
实施例3
本实施例基于实施例1的技术方案，参阅图4，主要对谐振检测结构200做进一步说明。
在本实施例中，所述谐振检测结构200包括谐振梁203和多组谐振梳齿结构；所述谐振梳齿结构分布在所述谐振梁203的梁体上。
作为进一步优选方案，所述谐振梳齿结构的数量为两组，且两组所述谐振梳齿结构关于所述谐振梁203的中心轴相互对称。
此外，所述谐振梳齿结构包括驱动梳齿202和振动梳齿201；
所述驱动梳齿202和所述振动梳齿201均为在基底上垂直设置多根梳齿的结构；
所述驱动梳齿202的梳齿端和所述振动梳齿201的梳齿端相对而置；
所述振动梳齿201的基底一侧贴近所述谐振梁203。
谐振梁203是传感器中的主要振动元件，它通过固有频率的变化来响应外部压力的作用，谐振梁203采用细长的梁状结构，一般具有高度的机械刚度和低的阻尼特性。
振动梳齿201主要用于产生横向谐波振动，这种振动作用于谐振梁203，使其发生位移，进而导致谐振梁203的频率发生变化。通过控制振动梳齿201的激励电流频率，可以调节谐振梁203的振动状态，从而实现对外界压力变化的检测和测量，振动梳齿201由微细的金属电极组成，固定在硅基底上。它们呈现出一系列平行的指状结构，类似于梳子的齿。振动梳齿201的设计和尺寸决定了谐振梁203的激励频率和振幅。
驱动梳齿202是用于向谐振梁203施加驱动力的部分。它通过施加激励电流产生横向谐波振动，传递能量给谐振梁203，使其发生位移和振动。驱动梳齿202的作用是提供足够的驱动力，使谐振梁203能够保持在合适的振动状态。
本实施例可以结合实施例2的单机杠杆结构工作，当有外界压力作用时，压力敏感薄膜300发生形变，受力后往外扩张，该形变通过硅岛结构传递并放大到输入梁，输入梁带动膜片上面的杠杆梁发生纵向位移，经过杠杆梁的放大作用传递到输出梁105，输出梁105和谐振梁203连接，从而改变了谐振梁203的弹性刚度，谐振器固有频率改变；与此同时输入梁随着压力敏感薄膜300的变形也发生位移，压敏电阻的阻值发生变化，此时输出电压频率和固有频率不一致，当闭环电路反馈在梳齿上的激励电流频率几乎为谐振器谐振频率时，谐振器发生谐振，当振动达到平衡时，此时输出电压频率为谐振器固有频率。在一定的压力范围内，谐振器的固有频率与待测压力有稳定的正比例对应关系，通过检测该固有频率变化就可以实现压力检测。
特别说明的是，在静电驱动下，谐振器发生谐振工作模式为左右两侧谐振梁于XOY平面内动平衡反向振动，拾振电阻与等效体硅电阻组成惠斯登电桥，并通过电桥得到由于压力变化导致的压阻材料阻值变化，从而达到检测谐振器谐振频率的目的。
实施例4
本实施例基于实施例1的技术方案，主要对谐振梁203的选材做进一步说明。
作为本实施例的优选方案，所述谐振梁203采用硅材料制成。因为硅具有优良的机械性能和稳定的特性。
实施例5
本实施例提供了谐振压力传感器信号调理方法，应用于以上任意一项实施例提供的具有放大结构的高灵敏度谐振压力传感器，包括以下步骤：
谐振传感器获取激励信号；
通过谐振频率检测电路测量所述谐振传感器的谐振频率；
将所述谐振频率转换为模拟信号；
对所述模拟信号进行处理，所述处理包括放大、滤波和线性化；
将处理后的所述模拟信号转换为数字信号；
对所述数字信号进行滤波、校准和数据处理，然后从所述数字信号中提取压力信息。
具体来说，参阅图5，首先是给谐振传感器提供激励信号，激励信号通常是一个特定频率的交流信号，通过信号发生器或驱动电路提供给传感器，在激励信号的作用下，谐振传感器会产生谐振效应，使得谐振频率发生变化；
所以紧接着使用谐振频率检测电路，可以测量传感器的谐振频率，谐振频率检测电路可以采用例如频率计数器或PLL锁相环电路，本实施例优选为PLL锁相环电路；
以上测得的谐振频率是一个数字频率信号，需要将其转换为与所测量压力相关的模拟信号，通过模拟信号处理模块对转换后的模拟信号进行进一步的处理，放大、滤波和线性化；这一步通过放大电路放大可以增加信号幅度可以使其适合后续的读取和处理，通过滤波电路去除噪声和杂散信号以提高信号的质量，在通过线性化电路将传感器输出的非线性信号转换为线性关系以便准确地测量压力值；
处理后的模拟信号需要通过模数转换转换为数字信号，以便进行数字信号处理和存储，通过模数转换器（ADC）将模拟信号转换为数字信号，其中包含了压力传感器的测量信息；
最后对数字信号进行滤波、校准和数据处理，从中提取所需的压力信息即可。
本实施例的信号调理方法可以有效解决提升传感器本身灵敏度后造成的噪声增加的问题。
以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.具有放大结构的高灵敏度谐振压力传感器，其特征在于，包括压力敏感薄膜(300)、谐振检测结构(200)和两个单级放大结构(100)；所述谐振检测结构(200)设置有谐振梁(203)；
所述谐振检测结构(200)的谐振梁(203)的两端分别设置一个所述单级放大结构(100)；
所述压力敏感薄膜(300)用于感知外界压力并产生形变；
所述单级放大结构(100)上设置有与所述压力敏感薄膜(300)的相连的多个锚点，所述单级放大结构(100)用于放大并传递所述形变；
所述谐振检测结构(200)用于接收所述单级放大结构(100)传递的形变，通过谐波感应所述外界压力；
所述单级放大结构(100)包括输入梁、输出梁(105)、杠杆梁和锚点；所述输入梁为具有弹性的结构；
第一输入梁(102A)的第一端设置第一锚点(101A)，第一输入梁(102A)的第二端连接第一杠杆梁(103A)的第一端，且第一输入梁(102A)和第一杠杆梁(103A)相互垂直；
第二输入梁(102B)的第一端设置第二锚点(101B)，第二输入梁(102B)的第二端连接第二杠杆梁(103B)的第一端，且第二输入梁(102B)和第二杠杆梁(103B)相互垂直；
所述第一杠杆梁(103A)的第二端和所述第二杠杆梁(103B)的第二端通过输出梁(105)相连；所述输出梁(105)连接到所述谐振梁(203)；
所述第一杠杆梁(103A)和所述第二杠杆梁(103B)上靠近所述谐振梁(203)的一侧分别连接有第三锚点(104A)和第四锚点(104B)；
所述输出梁(105)包括第一边缘、第二边缘和第三边缘；
所述第一边缘的第一端连接所述第一杠杆梁(103A)的第二端，所述第三边缘的第一端连接所述第二杠杆梁(103B)的第二端；
所述第一边缘的第二端和所述第三边缘的第二端通过所述第二边缘相连，且所述第一边缘和所述第三边缘互相平行；所述第二边缘连接到所述谐振梁(203)；
所述第三锚点(104A)和所述第四锚点(104B)分别通过一个连接杆(106)与所述第一杠杆梁(103A)和所述第二杠杆梁(103B)相连。
2.根据权利要求1所述的具有放大结构的高灵敏度谐振压力传感器，其特征在于，所述谐振检测结构(200)包括谐振梁(203)和多组谐振梳齿结构；所述谐振梳齿结构分布在所述谐振梁(203)的梁体上。
3.根据权利要求2所述的具有放大结构的高灵敏度谐振压力传感器，其特征在于，所述谐振梳齿结构的数量为两组，且两组所述谐振梳齿结构关于所述谐振梁(203)的中心轴相互对称。
4.根据权利要求3所述的具有放大结构的高灵敏度谐振压力传感器，其特征在于，所述谐振梳齿结构包括驱动梳齿(202)和振动梳齿(201)；
所述驱动梳齿(202)和所述振动梳齿(201)均为在基底上垂直设置多根梳齿的结构；
所述驱动梳齿(202)的梳齿端和所述振动梳齿(201)的梳齿端相对而置；
所述振动梳齿(201)的基底一侧贴近所述谐振梁(203)。
5.根据权利要求1所述的具有放大结构的高灵敏度谐振压力传感器，其特征在于，所述谐振梁(203)采用硅材料制成。
6.一种谐振压力传感器信号调理方法，应用于权利要求1-5任意一项所述具有放大结构的高灵敏度谐振压力传感器，其特征在于，包括以下步骤：
谐振传感器获取激励信号；
通过谐振频率检测电路测量所述谐振传感器的谐振频率；
将所述谐振频率转换为模拟信号；
对所述模拟信号进行处理，所述处理包括放大、滤波和线性化；
将处理后的所述模拟信号转换为数字信号；
对所述数字信号进行滤波、校准和数据处理，然后从所述数字信号中提取压力信息。
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|---|---|---|---|---|
| CN117168662B (zh) * | 2023-11-03 | 2024-01-12 | 华景传感科技（无锡）有限公司 | 一种谐振式压力传感器及其制备方法 |
Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101532931A (zh) * | 2009-04-17 | 2009-09-16 | 中国科学院武汉岩土力学研究所 | 一种模拟动静荷的试验方法及其装置 |
| JP2010281581A (ja) * | 2009-06-02 | 2010-12-16 | Seiko Epson Corp | 圧力センサー及びその製造方法 |
| CN106706958A (zh) * | 2015-11-15 | 2017-05-24 | 重庆松瑞汽车销售有限公司 | 微机械硅谐振梁加速度计 |
| CN107688103A (zh) * | 2017-07-31 | 2018-02-13 | 北京航空航天大学 | 一种基于石墨烯谐振特性的单轴加速度计 |
| RU2679640C1 (ru) * | 2018-06-05 | 2019-02-12 | Общество с ограниченной ответственностью "Специальное конструкторское техническое бюро электроники, приборостроения и автоматизации" ООО "СКТБ ЭлПА" | Частоторезонансный чувствительный элемент для датчика дифференциального давления |
| CN110017921A (zh) * | 2019-05-07 | 2019-07-16 | 西安交通大学 | 一种基于石英谐振器的探针式高精度力传感器 |
| CN111830281A (zh) * | 2020-07-20 | 2020-10-27 | 华中科技大学 | 一种面向谐振式mems传感器的拱形谐振器及mems加速度计 |
| CN113865755A (zh) * | 2021-09-06 | 2021-12-31 | 西安交通大学 | 基于静电激励压阻检测的硅微谐振压力传感器 |
| CN114046911A (zh) * | 2021-11-19 | 2022-02-15 | 山东理工大学 | 一种静电激励梳齿检测的mems谐振式压力传感器 |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP2711677B1 (en) * | 2012-09-25 | 2019-02-13 | ams international AG | Mems resonator pressure sensor |
| FR3041761B1 (fr) * | 2015-09-24 | 2019-05-03 | Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives | Capteur physique opto-mecanique a sensibilite amelioree |
| CN107015025B (zh) * | 2017-05-12 | 2019-06-25 | 北京航空航天大学 | 一种差动式石墨烯谐振梁加速度传感器 |
| WO2019021073A1 (en) * | 2017-07-24 | 2019-01-31 | King Abdullah University Of Science And Technology | ELECTROMECHANICAL PRESSURE DETECTOR |
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Patent Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101532931A (zh) * | 2009-04-17 | 2009-09-16 | 中国科学院武汉岩土力学研究所 | 一种模拟动静荷的试验方法及其装置 |
| JP2010281581A (ja) * | 2009-06-02 | 2010-12-16 | Seiko Epson Corp | 圧力センサー及びその製造方法 |
| CN106706958A (zh) * | 2015-11-15 | 2017-05-24 | 重庆松瑞汽车销售有限公司 | 微机械硅谐振梁加速度计 |
| CN107688103A (zh) * | 2017-07-31 | 2018-02-13 | 北京航空航天大学 | 一种基于石墨烯谐振特性的单轴加速度计 |
| RU2679640C1 (ru) * | 2018-06-05 | 2019-02-12 | Общество с ограниченной ответственностью "Специальное конструкторское техническое бюро электроники, приборостроения и автоматизации" ООО "СКТБ ЭлПА" | Частоторезонансный чувствительный элемент для датчика дифференциального давления |
| CN110017921A (zh) * | 2019-05-07 | 2019-07-16 | 西安交通大学 | 一种基于石英谐振器的探针式高精度力传感器 |
| CN111830281A (zh) * | 2020-07-20 | 2020-10-27 | 华中科技大学 | 一种面向谐振式mems传感器的拱形谐振器及mems加速度计 |
| CN113865755A (zh) * | 2021-09-06 | 2021-12-31 | 西安交通大学 | 基于静电激励压阻检测的硅微谐振压力传感器 |
| CN114046911A (zh) * | 2021-11-19 | 2022-02-15 | 山东理工大学 | 一种静电激励梳齿检测的mems谐振式压力传感器 |
Non-Patent Citations (1)
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|---|
| 声表面波微压力传感器的信号调理电路设计;邵勐等;《压电与声光》;第40卷(第06期);884-887 * |
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