电磁共振器的压力传感器的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及压力传感器，特别是用于低于大气压的压力等级的压力传感器。
【背景技术】
[0002]已知一定数量的用于测量低于大气压的气体压强的压力传感器。
[0003]专利US5633465描述了一种基于电导体或半导体的皮拉尼型压力传感器。电导体浸没在压强被测量的气体中。电导体被加热到高于它浸没在其中的气体的温度的温度。电导体通过向它浸没在其中的气体的分子的传导而释放热量。电导体和气体之间交换的热通量根据该气体的压强更高或更低，所述气体的热导率随压强变化。因此，电导体的温度根据气体压强变化。导体的电阻通过该温度变化而改变。电路测量该电阻。该电路因此根据所测量的电阻来确定气体的压强。
[0004]这种传感器依赖于制成电导体的材料的电阻的温度系数。因为该系数通常低于1%，所以传感器具有低的灵敏度。此外，该传感器的测量范围是有限的。这是因为，由于电阻随着压强微弱地变化，当待测量的压强低于1-2Pa或高于14Pa时，电阻的测量的噪声具有与由压强变化引起的电阻变化接近的等级。
[0005]文献US20110107838描述了一种具有机械共振的MEMS型压力传感器。该传感器包括悬浮在压强被测量的气体中的振动梁。该梁由电极驱动。气体压强变化改变梁的机械品质因数。由此改变了被激发的梁的机械共振的频率和其振荡的振幅。通过分析梁的运动，该文献推断出其机械共振频率并且据此推断出气体压强。
[0006]这种传感器具有仅在相当窄的操作范围内操作的缺点，并且不适于测量高等级的真空(例如低于KT1Pa的压强)。
[0007]除了其他事物之外，文献EP0144630描述了一种压强测量装置。在一个实例中，液晶单元由光源激发。对液晶反射峰值进行测量以推断周围流体的温度，反射的波长随该温度变化。液晶单元形成布拉格反射器并且不是电磁共振器。
[0008]文献EP1944595描述了一种基于声共振器的气体压强测量装置。这种装置具有有限的精确度和有限的测量范围。
[0009]文献W02012/103942描述了一种同样基于声共振器的气体压强测量装置。这种装置因此也具有有限的精确度和有限的测量范围。
[0010]因此，已经确定在宽的压强测量范围和比较简单且容易生产的结构的情况下，没有用于提供高灵敏度的令人满意的解决方案。
【发明内容】
[0011]本发明力图解决这些缺点中的一个或更多个。因此本发明涉及一种压力传感器，其包括:
[0012]-具有包含介电材料的波导的电磁共振器，所述介电材料具有随温度变化的介电常数；
[0013]-配置为通过所述共振器传播电磁场的激励电路；
[0014]-用于加热所述共振器的装置；
[0015]-用于检测共振器的电磁共振频率的装置；
[0016]-用于根据检测到的共振器的共振频率来确定传感器周围的气体的压强的装置。
[0017]根据一个替代方案，所述介电材料具有至少等于80ppm/°C的介电常数温度系数。
[0018]根据另一个替代方案，所述介电材料具有钙钛矿型晶体结构。
[0019]根据另一个替代方案，所述介电材料包括材料的几个层的叠加，所述材料中的至少一种具有随温度变化的介电常数。
[0020]根据又一个替代方案，传感器包括创建以容纳待测量压强的气体的腔，射频共振器至少部分地放置在该腔内。
[0021]根据一个替代方案，共振器包括被称为正面的面和被称为背面的相反面，所述正面位于与待测量压强的气体直接接触的所述腔内，所述背面布置在腔外部。
[0022]根据另一个替代方案，用于加热所述共振器的装置配置为将所述介电材料加热到80°C到200°C的温度。
[0023]根据另一个替代方案，加热装置包括与所述介电材料接触的加热电阻。
[0024]根据又一个替代方案，用于检测共振器的电磁共振频率的装置测量包括所述共振器和所述激励电路的振荡电路的电共振的频率。
[0025]根据一个替代方案，所述共振器为具有介电型波导的共振器，其包括:
[0026]-介电材料块；
[0027]-电磁耦合到所述块的两个导电电极，所述激励电路连接到所述电极。
[0028]根据另一个替代方案，
[0029]-所述共振器为具有微带型波导的共振器，其包括导电微带、由导电材料制成的接地面，
[0030]-具有随温度变化的介电常数的介电材料布置在接地面和导电微带之间；
[0031 ]-检测装置和激励电路包括经由所述介电材料电磁耦合到微带的至少一个导电电极。
[0032]根据另一个替代方案，所述共振器为具有共面型波导的共振器，其包括:
[0033]-导电微带；
[0034]-与导电微带在相同平面上的两个接地迹线；
[0035]-在其上布置有两个接地迹线和导电微带的介电体；
[0036]-以及检测装置和激励电路包括电磁耦合到微带和两个接地迹线的至少一个导电电极。
[0037]根据另一个替代方案，传感器包括两个导电电极，检测装置和激励电路分别包括所述电极中的一个。
[0038]根据一个替代方案，所述激励电路配置为通过所述共振器以至少等于10MHz的频率传播电磁场。
[0039]本发明还涉及一种用于测量气体的压强的方法，其包括:
[0040]-将电磁共振器放置为与气体热接触，波导共振器包括具有随温度变化的介电常数的介电材料；
[0041]-加热所述共振器；
[0042]-电磁激励所述共振器；
[0043]-检测共振器的电磁共振频率，并根据检测到的电磁共振频率来确定气体的压强。
【附图说明】
[0044]参照附图，根据借助于非限制性指示在下文中给出的本发明的描述，本发明的其他特征和优点会变得显而易见，其中:
[0045]-图1是用于实施本发明的传感器的第一实例的示意图；
[0046]-图2和3分别是用于根据本发明的传感器的共振器的第一实施方案的顶视图和横截面图；
[0047]-图4和5分别是用于根据本发明的传感器的共振器的第二实施方案的顶视图和横截面图；
[0048]-图6到10是根据第一实施方案的共振器的各种替代方案的截面图；
[0049]-图11和12是根据第二实施方案的共振器的替代方案的截面图；
[0050]-图13是包括在根据一个替代方案的同一个传感器中的两个共振器的顶视图；
[0051]-图14是根据第一实施方案的共振器的另一个替代方案的横截面图；
[0052]-图15是根据第二实施方案的共振器的另一个替代方案的横截面图；
[0053]-图16和17分别是用于根据本发明的传感器的共振器的第三实施方案的顶视图和侧视图。
【具体实施方式】
[0054]本发明提出由具有包含介电材料的波导的(射频)电磁共振器来形成压力传感器，所述介电材料具有随温度变化的介电常数。共振器(特别地和介电材料)被加热到高于待测量压强的气体的温度的温度。
[0055]因此，随着压强变化，(加热的)介电材料的温度变化并且造成源于激励电路的电磁波通过其传播的介电体的介电常数变化。介电常数变化因此导致电磁波传播的速度的变化，并且这导致共振器的共振频率的变化，使得能够确定压强变化。
[0056]图1是用于实施本发明的压力传感器第一实例的示意图。压力传感器I包括振荡器，该振荡器包括有源系统2和共振器3。有源系统2旨在激励共振器3以获得频率由共振器3的尺寸限定的振荡。
[0057]在图1的实例中，装置4例如通过测量在有源系统2和共振器3之间传播的电磁波来测量振荡器的电共振的频率。共振频率的值提供到压强确定装置5。装置5根据由装置4测量的共振频率来确定传感器I周围的气体的压强。如下文详细描述的，该压强尤其由共振器3和压强正被测量的气体之间交换的热量来计算。
[0058]下文中会详细描述共振器3的各种结构。在这些结构中，共振器3包括包含介电材料的波导，所述介电材料具有随温度变化的介电常数。有源系统2激励该波导以通过其传播射频电磁场。加热装置还用于加热共振器。通过确定气体和波导之间交换的热量的量，可以确定与共振器热接触的气体的压强。
[0059]图2是共振器3的第一实施方案的第一替代方案的顶视图。图3