[发明专利]用于减小的滞后和蠕变的声波传感器封装

说明书

技术领域

实施例通常涉及感测设备及其部件。实施例还涉及声波设备。实施例尤其涉及表面声波(SAW)设备。实施例还涉及转矩传感器。

背景技术

声波传感器用在各种感测应用中，诸如，例如温度和/或压力感测设备和系统。声波设备已经在商业上使用了六十年以上。虽然电信产业是声波设备的最大用户，但是它们还用在用于传感器应用的其他领域中，例如化学蒸汽检测。如此命名声波传感器是因为它们使用机械波或声波作为感测机制。当声波在材料表面上或穿过材料表面传播时，传播路径的任何变化会影响波的特性。

声波特性的改变可以通过测量传感器的频率、幅度或相位特性来监测，并且然后可以与正被测量的相应物理量或化学量相关。实际上，所有的声波设备和传感器使用压电衬底产生声波。三种机制可以对声波传感器响应产生贡献，即质量负载(mass-loading)、粘弹和声电效应。化学物的质量负载改变这类传感器的频率、幅度和相位以及Q值。大多数声波化学检测传感器例如依赖于传感器的质量敏感性以及吸收感兴趣蒸汽导致声波传感器的增加的质量负载的化学选择性涂层。

声波传感器的例子包括声波检测设备，用于检测诸如化学物的物质的存在或诸如温度和压力之类的环境条件。充当传感器的声波(例如SAW/BAW)设备因为由它们的内在高Q因子所引起的低噪声和对表面负载的高敏感性可以提供高度灵敏的检测机制。表面声波设备通常使用光刻技术利用放置在压电材料上的梳妆叉指式换能器来制造。表面声波设备可以具有延时线、滤波器、或谐振器配置。体声波设备通常使用真空镀覆装置(诸如CHA、Transat或Saunder制作的那些)来制造。电极材料的选择和电极的厚度由丝极温度和总加热时间控制。电极的尺寸和形状由适当的掩模使用来定义。

声波传感器看来提供优势的一个领域是在转矩感测的领域。例如，在引入旋转驱动轴的系统中，通常需要知道这种轴的转矩和速度，以便控制与可旋转轴相关的相同或其他设备。因此，希望以精确、可靠并且不昂贵的方式感测和测量转矩。

测量施加到旋转轴上的转矩，诸如但不限于汽车中的轴，的传感器被用在许多应用中。例如，可能希望为了各种本领域已知的目的，测量车辆变速器、车辆引擎，例如曲轴，或车辆的自动制动系统(ABS)中的旋转轴上的转矩。

这种类型的转矩测量的一个应用是在电动助力转向系统中，其中响应于车辆方向盘的操作和/或操纵驱动马达。该系统然后解释施加到方向盘和其附轴的转矩或旋转的量，以便将该信息转换成合适的命令用于车辆转向轮的操作装置。

实施这类传感器，尤其是SAW石英压力传感器和/或转矩传感器，的一种解决方案涉及利用全石英封装(all quartz packaging(AQP))配置，这可以最小化石英传感器衬底和金属盖之间的热膨胀失配。AQP结构给传感器提供了希望的性能，包括最小的滞后、低蠕变、低老化以及改进的长期稳定性。利用它们内在的高Q值(即分辨率)、频率输出(例如数字的)，无源的和无线设计，石英压力和转矩传感器在诸如卡车轮胎压力检测和传动转矩测量之类的应用中要优于它们的对手。

然而，AQP结构的制造相当昂贵。此外，与AQP相关的高温处理可能降低传感器性能。大多数石英传感器利用金属盖。在金属-石英配置中，可以简单地放置石英传感器与适当的金属结构接触。由于外部的压力或转矩可能导致传感器的高应力点中的不稳定接触和微裂缝，结果是较差的可重复性和较低的稳定性。人们相信使用粘合剂作为石英SAW传感器和金属结构之间的介质可以解决该问题。然而，粘合剂依赖于时间的粘弹性在传感器受到外部压力或转矩时可能造成接触条件的变化，导致非弹性错误、大的滞后和蠕变。人们相信这些问题的解决方案涉及实施如此处所述的改进的声波感测配置。

发明内容

提供以下概述是为了方便对所公开的实施例的一些特有创新特征的理解，并不是打算作全面的说明。通过将整个说明书、权利要求书、附图和摘要作为一个整体可以获得实施例的各个方面的全面理解。

因此，本发明的一个方面是提供一种改进的感测设备。

本发明的另一方面是提供一种改进的声波传感器。

本发明的又一方面是提供一种SAW转矩传感器，其中减小了蠕变和滞后。