[发明专利]使用超声的气体感测

权利要求书

1.一种用于包含多种成分的气体的传感器芯片(1030)，所述芯片配 置有用于发射和接收超声的多个单元(200)，所述传感器芯片被配置成用 于足够大的频率范围以及用于基于所述范围内的至少两个响应测量多种气 体成分中的至少一种的浓度。

2.如权利要求1所述的传感器芯片，用于足够大的频率范围的所述配 置在所述多个单元之间改变各自的频率(310)。

3.如权利要求2所述的传感器芯片，其中，所述多个单元具有用于所 述发射和接收的膜片(230)，每个膜片具有一定大小，膜片大小和/或所述 膜片的各自的弹性常量不同以便实现所述改变。

4.如权利要求2所述的传感器芯片，所述多个单元具有偏置电压(240)， 所述偏置电压不同以便实现所述改变。

5.如权利要求2所述的传感器芯片，针对要测量其浓度的所述气体， 所述传感器芯片被配置成用于通过改变所述多个单元中的单元的偏置电压 (240)，在足够宽范围上连续调谐所述单元，从而找到所述至少两个响应 中不同的响应。

6.一种包含如权利要求1所述的传感器芯片的测量空气室(515)，所 述芯片被配置成调节所述室内的气体压力(330)，并且所述室在尺寸上被 配置成有选择地逐单元改变相对于所述单元的所述气体压力，从而改变所 述单元的频率，以实现对所述浓度的所述测量。

7.如权利要求1所述的传感器芯片，所述频率范围从50kHz扩展到 10MHz。

8.如权利要求1所述的传感器芯片，其中，所述多个中的单元被配置 为电容性装置。

9.如权利要求8所述的传感器芯片，所述电容性装置是cMUT(电容 式微加工超声换能器)(200)。

10.如权利要求8所述的传感器芯片，所述电容性装置是MEMS(微 机电系统)微音器。

11.如权利要求1所述的传感器芯片，被配置成用于所述测量所有所 述多种成分的浓度。

12.如权利要求1所述的传感器芯片，被配置为用于测量呼出气息(120) 中二氧化碳(110)水平的二氧化碳分析传感器。

13.如权利要求1所述的传感器芯片，被设计成用于发射超声穿过所 述膜片进入空气流动(130)中，所述单元被布置在所述流的方向上。

14.如权利要求13所述的传感器芯片，所述空气流动包括呼出气息， 所述传感器芯片还被配置成用于确定超声飞行时间，并使得对所述浓度 (150)的所述测量在无需片外传感器的情况下执行。

15.一种用于呼吸路径(400)的传感器芯片，包括被配置成用于询问 以便接收0.5MHz和10MHz之间的至少两个响应的多个超声换能器(200)， 所述传感器芯片被配置成用于组合所述响应(710)以测量所述呼吸路径中 的至少一种空气成分(110)的浓度。

16.如权利要求15所述的传感器芯片，所述多个超声换能器的第一换 能器(410)发射之后由所述多个超声换能器的第二换能器(420)检测的 脉冲，所述第二换能器发射之后由所述第一换能器检测的脉冲，基于对所 检测到的脉冲的比较能够测量空气流。

17.如权利要求15所述的传感器芯片，所述多个超声换能器中的换能 器被布置在空气流的方向上遍及所述传感器芯片，以接收发射超声波(510) 的返回数据，所述传感器芯片被配置成关于飞行时间和幅度中的至少一个 比较所述换能器的结果，以测量所述空气流。

18.如权利要求15所述的传感器芯片，所述多个超声换能器中的至少 一个超声换能器是电容性装置，所述电容性装置具有由间隙(235)分离的 一对板(220、230)，所述传感器芯片被配置成用于测量所述一对板的电容 (340)，从而确定空气压力。