入室382的开口 381。此处共振器3具有与封闭空间38的接触的最小值，使得其温度不会受干扰。
[0100]图15不出了使封闭空间38适应共振器3的第二实施方案的第一替代方案的横截面图。封闭空间38限定了其中容纳共振器3的室382。封闭空间38包括使得待测量压强的气体能够进入室382的开口 381。介电材料35的层形成封闭空间38的一个壁。空间的其余部分由抵接到介电材料的盖子形成。该盖子可以例如由机械加工或微型机械加工的衬底形成。
[0101]图16和17分别为用于根据本发明的传感器I的共振器3的第三实施方案的顶视图和横截面图。此处共振器3为介电体共振器型的。此处共振器3包括介电材料块39，该块39形成共振器3的共振元件。块39形成在波导的介电材料35的层上。如前述实施方案中，介电材料块39具有随温度变化的介电常数。两个导电电极32和33形成在波导的介电材料35的层的上表面上，纵向地在块39的任一侧。导电电极32和33电磁耦合到块39。加热电阻34形成在介电材料35的层的上表面上，横向地在块39的任一侧。此处块39的形状为具有沿着介电材料35的层的法线延伸的母线的柱形。块39具有圆形横截面。加热电阻34具有围绕块39的轮廓而弯曲的形状。
[0102]在各实施方案中，波导的至少一层由具有随温度变化的介电常数的介电材料形成。例如，在本发明的情况下，介电常数的温度系数TC ε Γ具有绝对值等于至少80ppm/°C、有利地至少100ppm/°C、在特定情况下10000ppm/°C的值。介电材料的介电常数温度系数TC ε r的值越高，传感器I可以表现出的灵敏度越高。
[0103]本领域技术人员通常试图获得其介电常数不随温度变化的共振器，以实现其共振频率的最佳稳定性。通过寻求介电常数随温度的强的变化，本发明促进了相反的效果。
[0104]利用已知材料，使用根据本发明的传感器1，尤其可以设想测量IPa以下、和最低达到约KT3Pa的压强。因此，对于给定的压强变化，所测量的信号的频率的变化显著高于现有技术的压力传感器可以获得的信号的频率的变化。因此，这种传感器I明显地对测量噪声更不敏感。特别地，在射频范围内的共振频率的变化使得能够获得可容易检测的大的共振频率变化。
[0105]有利地，其介电常数随温度变化的介电材料的层具有钙钛矿型晶体结构。该材料可以选自:PZT、BST、Pb (Mg1/2ff1/2) O3、Pb (Ni 1/3Nb2/3) O3、Pb (ZrTi) O3。
[0106]前述替代方案中详细描述的波导加热装置依赖于与介电材料的层接触或与具有到该介电材料的层的热桥的一个或更多个加热电阻34。这种加热电阻可以以与共振器3的尺寸相配的小尺寸制作。这种电阻34可以容易地与共振元件31或39尽可能近地嵌入。电阻34可以采用适于与共振元件31或39尽可能近地定位的任何形状。
[0107]电阻34可以由与导电共振元件31相同的金属生产，例如以使其在生产过程的相同步骤期间更容易地制造。但是，还可以设想例如利用介电材料的层的红外或激光照明的辐射加热装置。
[0108]加热装置可以有利地设计为在真空中将波导加热到80°C到200°C的温度。在加热没有引起不需要的气流的情况下，这之后提供了容易受气体压强影响的温度。
[0109]介电材料35的层有利地与待测量压强的气体直接接触。但是，还设想了利用与待测量压强的气体直接接触的导热材料来涂覆该介电材料35的层，以改善该气体和波导之间的热交换。
[0110]这种传感器I可以在宏观尺度上生产或可以并入微机电或纳机电系统中。有利地，共振器3的工作频率为10MHz到100GHz，以具有在共振器3所占据的空间、测量灵敏度以及有源系统2的电子电路和确定电磁共振频率的装置4的电子电路的复杂度之间的很好的折中。
[0111]这种共振器3可以利用常规微电子或纳电子技术步骤来生产，并且可以例如形成在与沉积、刻蚀和光刻技术相容的衬底上。
【主权项】
1.一种压力传感器(I)，其特征在于，其包括: -具有包含介电材料的波导的电磁共振器(3)，所述介电材料具有随温度变化的介电常数； -配置为通过所述共振器传播电磁场的激励电路(2); -用于加热所述共振器的装置； -用于检测所述共振器的电磁共振频率的装置(4)； -用于根据检测到的所述共振器的共振频率来确定所述传感器周围的气体的压强的装置(5)。
2.根据权利要求1所述的压力传感器(I)，其中所述介电材料(35)具有至少等于80ppm/°C的介电常数温度系数。
3.根据权利要求1或2所述的压力传感器(I)，其中所述介电材料(35)具有钙钛矿型晶体结构。
4.根据前述权利要求中任一项所述的压力传感器(I)，其中所述介电材料(35)包括材料的几个层(351、352)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。
5.根据前述权利要求中任一项所述的压力传感器(I)，其包括创建以容纳待测量压强的气体的腔(38)，射频共振器(3)至少部分地放置在该腔内。
6.根据权利要求5所述的压力传感器(I)，其中所述共振器(35)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，所述背面布置在所述腔外部。
7.根据前述权利要求中任一项所述的压力传感器(I)，其中所述用于加热所述共振器的装置(34)配置为将所述介电材料加热到80°C到200°C的温度。
8.根据前述权利要求中任一项所述的压力传感器(I)，其中加热装置包括与所述介电材料接触的加热电阻(34)。
9.根据前述权利要求中任一项所述的压力传感器(I)，其中所述用于检测所述共振器(3)的电磁共振频率的装置(4)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。
10.根据前述权利要求中任一项所述的压力传感器(I)，其中所述共振器(3)为具有介电型波导的共振器，其包括: -介电材料块(39)； -电磁耦合到所述块(39)的两个导电电极(32、33)，所述激励电路(2)连接到所述电极(32、33)。
11.根据权利要求1到10中任一项所述的压力传感器(I)， -其中所述共振器(3)为具有微带型波导的共振器，其包括导电微带(31)、由导电材料制成的接地面， -其中具有随温度变化的介电常数的介电材料布置在所述接地面和所述导电微带之间； -其中检测装置(4)和所述激励电路包括经由所述介电材料电磁耦合到所述微带的至少一个导电电极(32、33)。
12.根据权利要求1到10中任一项所述的压力传感器(I)，其中所述共振器(3)为具有共面型波导的共振器，其包括: -导电微带(31)； -与所述导电微带在相同平面上的两个接地迹线(37)； -在其上布置有所述两个接地迹线和所述导电微带的介电体； 和其中所述检测装置(4)和所述激励电路包括电磁耦合到所述微带和所述两个接地迹线的至少一个导电电极(32、33)。
13.根据权利要求11或12所述的压力传感器(I)，其包括两个导电电极，所述检测装置和所述激励电路分别包括所述电极中的一个。
14.根据前述权利要求中任一项所述的压力传感器，其中所述激励电路(2)配置为通过所述共振器以至少等于10MHz的频率传播电磁场。
15.一种用于测量气体的压强的方法，其包括: -将电磁共振器(3)放置为与所述气体热接触，波导共振器包括具有随温度变化的介电常数的介电材料； -加热所述共振器； -电磁激励所述共振器； -检测所述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所述气体的压强。
【专利摘要】本发明涉及一种压力传感器(1)，其包括：-具有包含介电材料的波导的电磁共振器(3)，所述介电材料具有随温度变化的介电常数；-配置为通过所述共振器传播电磁场的激励电路(2)；-用于加热所述共振器的装置；-用于检测所述共振器的电磁共振频率的装置(4)；-用于根据检测到的所述共振器的共振频率来确定所述传感器周围的气体的压强的装置(5)。
【IPC分类】G01L9-16
【公开号】CN104634502
【申请号】CN201410603667
【发明人】丹尼斯·梅西埃
【申请人】原子能和替代能源委员会
【公开日】2015年5月20日
【申请日】2014年10月31日
【公告号】EP2871457A1, US20150128712