[发明专利]一种谐振式流量传感器

说明书

本发明公开一种谐振式流量传感器，包括衬底，谐振敏感结构、读出端口结构和闭环读出电路。其中，谐振敏感结构包括：锚区，谐振梁，读出梁及其第一平衡梁，敏感梁及其第二平衡梁，以及连接梁；所述读出梁及其第一平衡梁关于谐振梁形成左右对称；所述敏感梁及其第二平衡梁关于谐振梁形成左右对称。与硅基热式流量计相比，本发明无发热元件，功耗大大降低。此外，本发明的敏感结构工作在机械谐振状态，具有对流量的灵敏度高和输出稳定性高的优势。

技术领域

本发明属于传感器领域，具体涉及一种谐振式流量传感器。

背景技术

气体流量是科学研究和工业生产的必要参数，因此对于气体流量的测量和监测具有非常重要的作用。

流量测量有体积计量和质量计量两种方式。体积计量是指单位时间内流过管路中的流体的体积。体积流量计量的精度往往受温度、压力等的变化的影响。质量流量计量单位时间内流过管路中的质量。因此，要求精确计量的场合一般采用质量流量计量。质量流量计量可以分为间接式质量流量计量和直接式质量流量计量。前者是在体积计量的基础上进行温度和压力补偿，并通过模型推导算出质量流量。后者是基于传感器测量消除温度和压力的影响，来直接获得质量流量。

用于测量气体流量的传感器种类很多，早期出现了压差式流量传感器、容积式流量传感器和热式流量传感器。近期，随着电子技术的发展，出现了超声波流量传感器、涡流流量传感器、科里奥利流量传感器和流体振动流量传感器等。

使用微加工技术制作的流量传感器，可以减少传感器对流场的干扰。微型流量传感器还具有热惯性小，响应速度快，低功耗和低成本等优点。其测量范围从微升每分钟到升每分钟，可以满足多种不同的检测需求。经过三十多年的发展，硅基热式流量传感器得到了迅速发展和广泛应用。目前已发展出热损失型、热脉冲型和热温差型三大原理和多种工作方式的传感器家族。

但是传统的压差式流量传感器、容积式流量传感器和热式流量传感器的体积较大，响应速度较慢，功耗和成本较高；而微加工的硅基热式流量传感器的灵敏度还不够高，而且采用电阻丝发热和敏感的结构较容易受到气流方向和外界电磁环境的干扰。

发明内容

为了实现上述的目的，本发明提出一种谐振式流量传感器，具体方案如下：

一种谐振式流量传感器，所述谐振式流量传感器包括：

衬底，

谐振敏感结构，所述谐振敏感结构设置在所述衬底上，所述谐振敏感结构包括谐振梁结构和连接于所述谐振梁结构的读出梁结构；

读出端口结构，所述读出端口结构设置在所述衬底上，形成围绕所述读出梁结构的半封闭腔体；

闭环读出电路，所述闭环读出电路连接于所述读出端口结构。

可选地，所述谐振梁结构为侧动式机械谐振梁，包括直梁、弯梁、双音叉梁结构，所述谐振梁结构以锚区连接于所述衬底。

可选地，所述读出梁结构平行于所述谐振梁结构经连接梁连接于所述谐振梁一侧。

可选地，还包括与所述读出梁对称设置的第一平衡梁，所述第一平衡梁平行于所述谐振梁经连接梁连接于所述谐振梁的另外一侧。

可选地，还包括设置在所述谐振梁与所述第一平衡梁之间的敏感梁，所述敏感梁连接于所述连接梁。

可选地，还包括设置在所述敏感梁上的凸出梁。

可选地，还包括设置在所述谐振梁与所述读出梁之间的第二平衡梁，所述第二平衡梁与所述敏感梁关于所述谐振梁对称设置。

可选地，所述读出端口包括第一端口及第二端口，其中，所述第二端口形成半封闭的腔体，所述第一端口设置于所述腔体中。