用于液体水平面测量的体声波(baw)传感器的制造方法
【技术领域】
[0001] 公开的实施例涉及包括用于感测液体水平面的声波传感器的系统。
【背景技术】
[0002] 储罐中的液体水平面或粉末水平面的在线测量广泛用于化学、石油化学和医药工 业中的过程控制，还用于监护运送、海洋和运输操作中的过程控制。为此目的，有多种用于 检测液体与粉末的点和连续水平面的机械、电学、磁力方法和仪器(发射器)。例如，有连续 水平面发射器，包括非接触式雷达、导波雷达（GWR)、非接触式超声波、压差、电容性、磁致伸 缩、置换器和激光器。
[0003] 连续水平面测量可以通过接触方法(例如GWR、差压、电容性、置换器）来进行，其 中发射器被浸入液体中，或者例如在非接触式雷达、超声波和激光器的情况下可以通过将 发射器保持在液体外部来进行(非接触方法)。这些方法中的每一种既具有优点也具有局限 性，并且实际上，针对特定情况的最合适方法的选择是通过考虑具体的应用要求(例如液体 的化学性质、工艺条件等）来进行的。对于其中当液体水平面(或粉末水平面）太高或太低 时采取驱动决定的许多应用，通常使用通过使用开关的点水平面（point level)测量，例如 使用振动叉、电容性、浮子和置换器开关。
[0004] 更复杂的问题是检测两个不互溶液体之间的水平面和界面两者，例如在油和水的 情况下，其中具有较低重量密度的油将保持在界面的上侧，而具有较高重量密度的水将占 据界面的底侧。对于这种情况，通常使用接触方法(例如GWR、压差)，其中例如在压差方法的 情况下硬件和软件算法都更复杂(与非接触方法相比)，其中使用两个压力传感器，或者使 用复杂的软件，以便在上水平面、界面、底侧或寄生反射之间进行区分，例如在GWR方法的 情况下。另外，为了检测两个液体之间的界面，需要满足多个条件，包括两个介质之间的介 电常数差应当通常至少等于10。多于一个界面的检测对于已知的接触方法来说甚至更有挑 战性，如果不是不可能的话。
【发明内容】
[0005] 提供该
【发明内容】
来以简化的形式引入所公开的概念的精选，在下面在包括所提供 的附图的【具体实施方式】中进一步描述所公开的概念。该
【发明内容】
并不旨在限制所要求保护 的主题的范围。
[0006] 公开的实施例认识到尽管声波器件(例如表面声波（SAW)器件和类似SAW的器件） 可以用于液体水平面感测，但是它们在液体中经受倾斜，并且由此仅受限于液体存在传感 器的二元函数。公开的实施例反而针对的是体声波（BAW)传感器，用于液体的水平面监测， 这已经被发明人认识到，提供一种用于在给定罐中的两个或更多个不同的不互溶液体的情 况下检测流体水平面参数的接触方法，所述流体水平面参数包括点水平面、准连续水平面 和多个界面。
[0007] 与SAW或类似SAW的器件不同，BAW器件的剪切振动沿着压电晶体衬底的体和表 面两者行进，并且不容易因装载液体而倾斜，这使得能够实现另外的测量，包括在不同的不 互溶液体一起在给定罐中的情况下的准连续水平面和多个界面的测量。BAW器件可以包括 水平剪切声板模式（SHAPM)器件或厚度剪切模式（TSM)器件。
【附图说明】
[0008] 图1是根据实例实施例的用于感测罐中的至少一种液体的至少一个水平面参数 的实例系统的功能框图描绘，所述罐在该罐内部包括多个BAW传感器。
[0009] 图2A-B是包括图2A中的实例SHAPM器件的实例BAW器件的简化描绘，而图2B描 绘了实例TSM器件。
[0010] 图3A描绘了根据实例实施例的实例基于SHAPM的电子振荡器，其中SHAPM器件连 接在放大器的反馈环路两端以提供正反馈来形成电子振荡器。
[0011] 图3B是根据实例实施例的用于感测罐中的至少一种液体的至少一个水平面参数 的多传感器系统的框图描绘，所述多传感器系统具有基于连接在放大器的反馈环路两端的 BAW传感器的振荡器，至此基于由控制单元提供的唯一数字地址的多路复用器（MUX)将传 感器阵列中的相应BAW传感器逐个地耦合到放大器的反馈环路。
[0012] 图3C和图3D均示出根据实例实施例的包括矿物油和空气的具有所示的不同矿物 油水平面的罐布置。
[0013] 图4A示出根据一个实施实施例的罐中的十四（14)个公开的BAW器件的垂直堆叠， 所述BAW器件垂直放置在部分地填充有液体的罐的垂直壁上。
[0014] 图4B示出根据实例实施例的罐中的十四（14)个公开的MW器件的垂直堆叠，所 述BAW器件垂直放置于在其中具有三（3)种不同不互溶液体的罐的垂直壁上。
【具体实施方式】
[0015] 参考附图描述公开的实施例，其中类似的参考数字贯穿附图用于指定类似或等效 元件。附图没有按比例绘制，并且提供附图仅用于说明某些公开方面。下面参考用于说明 的实例应用来描述几个公开方面。应当理解多个具体细节、关系和方法被阐明来提供对所 公开实施例的完整理解。
[0016] 然而，相关领域中的普通技术人员将容易认识到这里所公开的主题可以在没有所 述具体细节中的一个或多个的情况下或者可以利用其它方法来实践。在其他情况下，公知 的结构或操作没有被详细示出以避免使某些方面模糊不清。本公开不局限于动作或事件的 所示排序，因为一些动作可以以不同的顺序发生和/或与其他动作或事件同时发生。而且， 并不需要所有示出的动作或事件都来实施根据这里公开的实施例的方法。
[0017] 另外，术语〃耦合到〃或〃与……耦合〃（以及诸如〃连接到〃等类似术语）在这 里用于电气上下文中，在没有进一步限制的情况下旨在描述间接或直接电连接。由此，如果 第一器件"耦合"到第二器件，那么该连接可以是通过直接电连接(其中在路径中仅存在寄 生效应)，或者是通过经由包括其他器件和连接的中间项目的间接电连接。对于间接耦合， 该中间项目通常不修改信号的信息，但是可能调节其电流电平、电压电平和/或功率电平。
[0018] 图1是根据实例实施例的用于感测罐110中的至少一种液体101的至少一个水平 面参数的实例系统100的功能框图描绘，所述罐110在该罐内部包括多个BAW传感器111a、 IllbUllc和Illd (BAW传感器阵列111)。尽管图1中所示的是SHAPM器件，但是BAW传 感器阵列111中的BAW传感器可以是SHAPM器件或TSM器件。系统100被示为完全线连接 系统。如在声学感测领域中已知的，声学感测通过当在电子振荡器电路两端的反馈环路中 的声学器件对输入激励响应时监测该电子振荡器电路的振荡频率的变化来起作用。尽管无 线或局部无线系统对于公开的系统是可以的，但是被浸入液体中的无线声传感器的操作通 常将产生实施挑战，因为无线声传感器的天线将不被浸入液体中。
[0019] 液体101被示为在罐110中填充到水平面L。BAW传感器阵列111包括被示为垂直 地沿罐110的垂直壁堆叠的BAW传感器111a、111b、Illc和llld。每个BAW传感器llla-d 具有输入交指型换能器（IDT)112和输出IDT 113,其代表SHAPM器件的电极配置。对于TSM 器件，如下面提到的，相比之下它们具有相对简单的电极对，其中一个电极一般在衬底的顶 面上并且一个电极在衬底的底面上。用于IDT 112和113的相应电极(或用于TSM器件的 第一电极(例如顶部）和第二(例如底部）电极）可以包括铝（Al)或Al合金，并且它们的厚 度可以被设置为大致是它们的线间距的（1/100)至1/20,但是通常不低于?μπι。BAW传感器 111a、111b、Illc和Illd之间的垂直间隔一般是恒定距离，然而这不是必要条件，因为通过 感测系统100只需要针对每个BAW传感器的绝对垂直位置(例如相对于罐110的底部)来提 供液体水平面计算。
[0020] 系统100包括读出设备（电路）190、多路复用器（MUX) 150和控制单元170。尽管 没有示出，在读出设备190和控制单元170之间通常将存在模数转换器（ADC)和滤波器。控 制单元170包括处理器171 (例如，数字信号处理器（DSP)或微控制器单元（MCU))以及相 关联的存储器172 (-般是非易失性存储器)，该存储器172可以存储包括程序/算法以及 针对感测阵列111中的每个BAW传感器111a、111b、Illc和Illd的唯一数字地址的信息， 以及其他信息，例如基于由设置在系统100中的温度传感器(未示出）提供的信息在不同温 度与BAW传感器操作相关的校准系数。
[0021] 对于2"个BAW传感器，将有η个地址线(例如，对于16个BAW传感器有4个线)。 至MUX 150的输入耦合