[发明专利]传感器和电子装置

说明书

本发明涉及用于将电输入信号转换成电输出信号的机电传感器，该传感器包括：衬底；附着到衬底的导电谐振元件，谐振元件沿具有长度1的纵向方向延伸；导电致动器，能够接收相对于谐振元件的电致动电势差，用于弹性形变谐振元件；该致动电势差是输入信号的函数，该弹性形变包括长度的变化d1，谐振元件是能够提供输出信号的电路的一部分，输出信号是长度1的变化d1的函数。

本发明还涉及一种电子装置，包括使用时钟信号工作的信号处理器，以及根据本发明的用于提供时钟信号的传感器。

T.Mattila等的文章“A12 MHz micromechanical bulkacousticmode osillator”(Sensors and Actuators A，volume 101，page 1-9，2002)公开了一种机电传感器。

这种传感器能够将电输入信号转换成电输出信号。它包括谐振元件，该谐振元件是沿具有μm尺度的长度1的纵向方向延伸的梁。该梁在其中央部分被夹到衬底上，并且除了该中央部分之外，相对于衬底自由移动，即它可以在例如纵向方向上变形。该梁偏离其平衡位置的运动被弹性力抵抗。该弹性力和谐振元件的质量决定谐振元件的本征频率。

该已知的传感器包括用于引起谐振元件弹性形变的导电致动器。该致动器具有两个电极，所述电极的表面面对梁在纵向方向的外端。该致动器能够被提供相对于谐振元件的电致动电势差，该致动电势差是输入信号的函数。在该已知传感器中，该致动电势差包括AC成分和DC成分，AC成分是输入信号。

电极表面和谐振元件的外端构成电容器。当提供致动电势差时，它们因此相互施加静电力，导致梁弹性形变。该弹性形变包括亮度1的变化d1。由于该弹性形变，构成电容器的电极和梁外端之间的距离(通常称作间隙g)改变，并且在梁外端上感生额外的电荷。

谐振元件是下述电路的一部分，该电路中测量这些感生电荷以便产生作为长度1的变化d1的函数的电输出信号。感生电荷的量以及输出信号的幅度取决于间隙g的尺寸，因此取决于梁的形变：间隙越小，该信号越大。因此，输出信号可用于容性测量长度1的变化d1。

电致动电势差的周期性变化导致梁的周期性形变。当电致动电势差以基本上与梁的本征频率匹配的频率变化时，梁变为机械谐振，这产生相对大的形变以及对应的大输出信号。

公知传感器的缺点是输出信号相对小。

本发明的目的是提供一种传感器，其能够提供相对大的输出信号

本发明由独立权利要求限定。从属权利要求定义优选实施例。

根据本发明，该目的得以实现是由于谐振元件构成具有欧姆电阻R的电阻器，R是长度1的变化d1的函数，输出信号是电阻R的函数。

根据本发明的传感器具有包括构成电阻器的谐振元件的电路。该电阻器的电阻R是弹性形变d1的函数。其可以包括，例如任何类型的压阻材料。该电路能够提供作为电阻R的函数并且因此作为长度1的变化d1的函数的输出信号。例如可以通过测量电阻R获得该输出信号。电阻R可以通过现有技术中公知的各种技术测量。在一个实施例中，通过检测与该电路电连接的测量区域与参考区域之间的电势差，测量电阻器上的电压降V。测量区域和参考区域的位置并不重要，只要它们相互之间的电势差至少部分地由电阻器上的电压降确定即可。在另一个实施例中，为该电路提供恒定电压，并测量通过电阻器的电流I。

在根据本发明的传感器中，可以与公知传感器相似，通过将其电容性地连接到致动器来使谐振元件形变。与公知传感器相对照的是，根据本发明的传感器使用压阻效应测量形变。这种电容性激励-电阻检测方案比公知的电容性激励-电容检测方案更灵敏，尤其是对于具有相对高本征频率的传感器。只要两个传感器均具有与公知传感器相同的尺寸并且均被提供相同的启动电势差，就能看到根据本发明的传感器的输出信号是公知传感器的输出信号的大约100倍。

当设计具有较高本征频率的传感器时，谐振元件必须更小且更硬。在这种情况下，公知传感器的输出信号变得更小，因为其与谐振元件的宽度和高度成线性比例。与此相反，只要保持了谐振元件的形状，即长度与厚度之比和长度与宽度之比，根据本发明的传感器的欧姆电阻的相对变化dR/R和输出信号就与谐振腔尺寸无关。根据本发明的传感器的这个特征构成了一个重要的额外的优点，因为其允许制造能够提供相对大信号的相对高频的传感器。