向传感器系统传递受控流的合成射流的制作方法

背景技术：

众所周知，可使用合成射流(syntheticjet)技术来生成流体流和空气流。合成射流设备(有时被称作合成射流喷射器或合成射流泵)一般包括在带有孔口的空腔中的振动膜(membrane)。振动膜生成流体喷吹(例如涡流)，所述流体喷吹通过孔口排出。通过在涡流的料流中夹带诸如环境流体或空气之类的周围介质来生成射流流动。周围介质取决于应用。例如，在用于电子应用中的冷却(诸如led和微处理器冷却)的合成射流空气驱动器应用的情况下，周围介质是环境空气。在这种情况下，通过振动膜致动的流体流一般被称作主射流流动，并且夹带的环境空气是次流动。在操作中，主射流流动形成的涡流引起环境空气的夹带。根据操作需要，主射流流动可能夹带和去除热空气、夹带凉环境空气或热空气和凉环境空气的组合。合成射流技术还用于控制飞行器中的空气流，从而例如减少曳力，增强升力并且改善操纵性。

附图说明

图1a至图1d各自示出了根据本公开的实施例配置的合成射流感测系统。

图2示出了根据本公开的实施例的配置有合成射流感测系统的移动计算设备。

图3示出了根据本公开的实施例的用于从合成射流感测系统接收和处理检测信号的方法。

图4示出了根据本公开的实施例配置的集成式合成射流设备。

图5a至图5k一起示出了根据本公开的实施例的用于制造包括不同的中间结构和结果结构的基于合成射流设备的感测系统的方法。

图5l至图5r示出了根据本公开的实施例的可以用于合成射流感测系统的进一步的示例性射流和流道配置。

图6示出了根据本公开的实施例配置的分布式传感器系统。

图7示出了根据本公开的实施例的随着流道长度而变的流速，其中合成射流设备的直径是1mm并且流道的直径是2mm。

具体实施方式

公开了用于使用合成射流技术作为用于感测应用的空气输送设备的技术。具体来说，使用合成射流设备将受控空气流或其它流体流输送到传感器测量点、测量区域或测量体积。这种基于合成射流的感测系统可以用于检测系统的周围环境中存在的目标特征(诸如，气体、颗粒、溶液、混合物以及可以从受控空气流感测的任何其它周围或局部特征)的精确浓度。示例应用是通过使用一个或多个合成射流设备将已知的或其它方式受控的空气流输送到感测区域来进行空气质量监测，由此允许检测颗粒物质、有害气体(例如硫氧化物和氮氧化物)或其它这种空气污染物的有害的或其它原因不可接受的浓度。在一些实施例中，合成射流设备与传感器阵列一起封装或以其它方式集成在共用封装体或壳体中，其中，在合成射流与传感器阵列之间存在流道，以便提供受控流感测系统。鉴于本公开内容，将了解的是，这种系统可以被配置成用于将受控流输送到传感器以用于精确地确定目标特征或浓度。

总体概述

一个重要的健康关注点来自空气中悬浮的小颗粒，有时被称作颗粒物质，它们可能会导致呼吸系统和心脏血管问题。环境保护局(epa)关于安全和不健康的暴露限值提出了建议。作为颗粒物质和气体的浓度范围说明这些限值。当今市场上存在环境传感器系统。这些方案体积很大，并且要安装风扇或鼓风机用于输送受迫空气流。然而，风扇和鼓风机是非常低效的空气驱动器，尤其是如果风扇和鼓风机被缩小成极小尺寸，诸如毫米尺度。其它环境保护方案使用热阻生成自然对流，对流不会输送已知的或受控的空气流。合成射流设备可以用于为极小设备输送相对大的流速。然而，合成射流设备过去还用于其它类型的应用，诸如冷却电子器件。

因此，并且根据本公开的实施例，提供合成射流设备的新用法。具体来说，合成射流可以用于将受控流输送到传感器位置，尤其是在空间和电力有限的设备中，诸如可穿戴计算设备或者所谓可穿戴物、智能手机、平板电脑和其它这种移动计算设备。然而，请注意，本文中所提供的技术不必限于移动计算平台，并且可以用于任何计算平台或其它感测系统。合成射流设备容许将已知流速的并且因此将已知体积的空气(或流体)输送到感测区域，用于一个或多个目标特征的精确的浓度测量。在一些实施例中，一个或多个合成射流设备与一个或多个传感器集成到共用封装体或壳体中以便提供感测系统，诸如芯片上系统(soc)。鉴于本公开内容，许多变型和配置将是显而易见的。

与(多个)合成射流一起封装或以其它方式使用的传感器或传感器阵列可以被配置成用于感测任何期望的一个目标环境特征或多个目标环境特征，这可以根据给定的感测应用而变。仅举几例，目标特征可以是(例如)环境空气质量(例如硫氧化物和氮氧化物)、颗粒物质、放射性材料或特定气体、溶液、混合物或化合物。在任何这种情况下，合成射流和感测设备中的每一个都可以缩小以便集成到小外观尺寸中，其中，合成射流设备经由一个或多个流道向传感器提供受控空气流，以便容许(多个)目标特征的精确的浓度测量。应注意，合成射流设备不限于气流动，因为它们还可能生成任何流体的射流移动。

一个具体示例实施例可以用移动计算设备来实现，用于提供个人空气质量监测系统，所述个人空气质量监测系统向用户警告具体空气污染物或以其它方式质量不良的空气的不可接受的浓度。在这样一个实施例中，基于合成射流的感测系统可以被配置成用于周期性地采样用户所到的每个地方的环境空气，并且可以向用户提供警告消息。还可以使用用户的地理位置的变化来触发环境空气的采样。在任何情况下，警告消息可以是(例如)文字或电子邮件消息、弹出窗口或用户先前与感测应用相关联的音频鸣响(例如双音鸣响表示不可接受的浓度或检测到硫氧化物)。在一些情况下，用户可以关于例如有待检测的目标特征以及必须超出才能提供警告的检测阈值来配置所述系统。鉴于本公开内容，将了解的是，可以使用大量这种消息接发和用户界面方案来改善用户体验。

另一个具体示例实施例是分布式传感器系统，使得系统的不同节点包括本文所提供的传感器系统。举例来说，在一个具体示例情况中，本文所提供的一个或多个基于合成射流的传感器可以分布或以其它方式部署在通信网络上，以便提供可接入的传感器节点，所述传感器节点可以向中心位置或向任何能够接入(多个)传感器节点的实体提供传感器数据。这种实施例可以例如在所谓的物联网(iot)配置的情境中实现，以提供一个或多个传感器节点或其它所述分布式传感器系统。进一步应注意，在这种iot系统中，所述设备可以集成在部署于特定位置的固定传感器节点中并且不一定是移动的。

系统架构

图1a示出了根据本公开的实施例配置的合成射流感测系统100。可以看出，系统100包括传感器101，所述传感器经由物理流道103与合成射流设备105操作性地耦合。这些部件101、103和105中的每一个部件都可以例如使用填充在印刷电路板或其它合适的衬底上的分立部件来实现。衬底可以包括在壳体或封装体中，以便有效地提供集成电路方案。替代地，鉴于本公开内容，将了解的是，部件101、103和105中的每一部件都可以使用半导体材料和标准处理来实现，以提供集成电路方案。在任何这种情况中，物理流道103与合成射流设备105的输出端操作性地耦合，使得环境空气(或流体，视具体情况而定)被夹带并且有效地抽吸到流道103中，并且被引导到传感器区域101。可以基于给定感测应用的需要来调整或以其它方式控制夹带空气或流体的流速，以便提供受控流以用于传感器区域101的精确浓度检测。举例来说，通过更改驱动信号的幅值和/或形状、膜的振荡频率和/或振荡形状，可以输送不同流速的受控流。对于静电驱动设备，这可以包括(例如)改变驱动信号的电压幅值或驱动信号的形状(例如使用正弦形、三角形、方形波信号或其它这种信号形状)以及振荡频率。传感器区域101可以包括任何类型的适合于给定感测应用的传感器。仅举几例，示例性传感器包括光学传感器、微机电系统(mems)谐振传感器、机电传感器或变换器、金属氧化物传感器、电化学传感器、辐射传感器、污染物传感器、气体传感器。在更一般的意义上，传感器区域101可以用任何能够通过当在受控流内存在目标材料时经由流道103操作合成射流设备105而感测所述目标材料的存在的感测技术配置。

图1b示出了根据本公开的另一实施例配置的合成射流感测系统100'。可以看出，这个系统100'类似于图la中的系统100，区别是存在多个流道101(1号至n号流道)，这些流道将合成射流设备105的阵列(1号至n号设备)操作性地耦合至传感器区域101的阵列(1号至n号传感器区域)。如将了解，在一些实施例中，传感器区域101可以各包括相同类型的传感器，而其它实施例的每个传感器区域101配置有不同类型的传感器(例如，一个用于检测硫氧化物，另一个用于检测氮氧化物，另一个用于检测一氧化碳等)。这个基于阵列的合成射流感测系统100'还可容纳在封装体或壳体内以便提供集成方案，就像系统100中一样。

图1c示出了根据本公开的另一实施例配置的合成射流感测系统100"。可以看出，这个系统100"类似于图1b中的系统100'，区别在于，有单一流道103将合成射流设备105的阵列(1号至n号设备)操作性地耦合至传感器区域101的阵列(1号至n号传感器区域)。如先前关于图1b解释的，在一些实施例中，传感器区域101可以各包括相同类型的传感器，而其它实施例的每个传感器区域101配置有不同类型的传感器(例如，一个用于检测硫氧化物，另一个用于检测氮氧化物，另一个用于检测一氧化碳等)。应注意，虽然这个示例实施例示出了n个传感器101和n个合成射流设备105，但是其它实施例可以具有比合成射流设备105更多或更少的传感器101。这个基于阵列的合成射流感测系统100"还可容纳在封装体或壳体内以便提供集成方案，就像系统100中一样。

图1d示出了根据本公开的另一实施例配置的合成射流感测系统100"'。在这个示例情况中，流道103从单一合成射流设备105供给，并且在另一端分成两条或更多条不同通道，每条通道将受控流输送到对应的传感器101(1号至n号传感器区域)。如先前关于图1b解释的，在一些实施例中，传感器区域101可以各包括相同类型的传感器，而其它实施例的每个传感器区域101配置有不同类型的传感器(例如，一个用于检测硫氧化物，另一个用于检测氮氧化物，另一个用于检测一氧化碳等)。如先前进一步解释的，这个基于阵列的合成射流感测系统100"'还可容纳在封装体或壳体内，以便提供集成方案，就像系统100一样。

鉴于本公开内容，大量其它配置将变得明显，其中，任何数目的合成射流设备105经由一条或多条流道103操作性地耦合至一个或多个传感器101。合成射流设备105的群集可以供给单一流道103，所述流道分成多条通道，每条通道通往一个或多个传感器101。同样，传感器101的群集可以从一条或多条流道103供给，每条通道又由一个或多个合成射流设备105供给。本公开意在包含所有这种排列方式。

所生成的通道流的瞬时速度曲线(m/s)可以像有时进行的一样成像，并且针对给定应用相应地调节。总的来说，穿过流道103的流可以是稳定的，从而使得它对于在感测区域101生成受控流是理想的。在图7中，对于不同长度的流道103示出通过1mm的合成射流设备105在2mm直径的流道中生成的空气流，其中膜以3μm的振幅振动。可以看出，在这个具体示例中，流道103越长，流速越大。

如先前解释的，合成射流感测系统，诸如100(从这个地方往前，假设包括它的任何变体，诸如100'、100"、100"'，以及鉴于本公开内容，将变得明显的是，其它这种实施例和配置)可以在任何计算系统中实现，无论所述计算系统是实验室或办公室环境中的固定计算机系统还是移动计算平台。如将进一步理解的，所述系统可以是专用感测系统，并且不需要是通用计算系统。鉴于给定移动计算设备的普遍存在的性质，移动计算设备特别适合被配置成用于使用如本文所提供的技术监测空气污染物。在任何所述情况中，合成射流感测系统可以与主机计算系统操作性地耦合，无论是通过诸如usb线或无线通信链路或支持数据交换的一些其它合适的通信介质之类的外部耦合，还是通过直接集成在计算设备的架构内。鉴于本公开内容，任何数目的这种外部和内部配置将变得明显。图2示出了这样一种示例配置。

可以看出，图2示出了根据本公开的实施例的配置有合成射流感测系统100的移动计算设备200。计算设备200可以例如是智能手机、平板电脑、便携式计算机或可穿戴计算机(例如基于腕表、眼镜、珠宝或服装的计算系统)，并且可以包括这种计算设备中一般包括的任何标准部件。替代地，设备200可以是专用移动感测系统，也配置有典型的计算能力，但是更具体来说是针对感测应用而非通用计算设计的。如将了解，每个实施例中不需要包括所有所描绘的特征。举例来说，虽然智能手机或平板电脑可以包括麦克风和扬声器，但是可穿戴计算设备可以不一定具有这种特征。为此目的，仅仅作为示例实施例提供所描绘的计算设备200，鉴于本公开内容，大量其它实施例和排列方式将从中变得明显。

在这个示例情况中，设备200包括壳体256，其支撑显示器258(触摸屏或其它合适的显示器)、用于拍摄图像和视频的相机262、用于经由设备200可访问的或以其它方式可呈现的内容的听觉呈现的扬声器264、以及用于从用户接收口头命令或传达的麦克风266。此外，设备200进一步包括处理器254，处理器254操作性地耦合至存储器252，所述存储器可以包含不同的数字文件(例如文档、照片等)以及指令和诸如应用256之类的应用。可以进一步看出，处理器254被配置成用于从与设备200集成的系统100接收检测信号。处理器254还可以被配置成用于接收任何其它可操作信号，诸如来自诸如智能手机、平板电脑和专用计算设备之类的移动计算设备中经常包括的全球定位系统(gps)接收器的地理位置信号。如上文解释的，这种地理位置信号可以用于追踪设备的地理位置并且通知设备100的采样过程。其它典型的计算设备部件并未示出但是将是显而易见的，诸如无线通信模块、协处理器、图形处理器、操作系统和驱动器。

在这个示例情况中，如将了解的，应用256提供用户界面，所述用户界面允许设备200有效地与合成射流感测系统100交互。在操作中，系统100被配置成用于通过借助合成射流动作夹带局部或环境空气而持续地或周期性地对所述空气采样。在一些情况下，夹带空气可以经由设置于壳体256中的栅格或入口端被牵拉到系统100中。在某些情况下，如果不期望用于感测的专用入口端的话，则入口端可以是与(例如)为扬声器264或麦克风266设置的端口相同的端口。在任何情况下，环境空气可以被系统100的(多个)传感器夹带和采样。接着将所得的检测信号提供到处理器254，所述处理器借助应用256经过编程或以其它方式经过配置，用于分析检测信号以判定是否关于感测到的目标特征已超出给定阈值或以其它方式满足给定阈值。

如果符合检测阈值，则应用256进一步执行以输出弹出窗口260，由此向用户提供警告。在图2中描绘的这个示例情况中，有待感测或以其它方式测试的目标特征包括受epa管制或以其它方式监测的多种典型污染物，其中包括颗粒物质(有时被称作pm)、地面臭氧、一氧化碳、硫氧化物、氮氧化物和铅。在一些这种实施例中，弹出窗口260将仅在检测到警告状况时出现。在其它实施例中，也可手动调用弹出窗口260出现，以便允许用户查看当前检测情况。在这个示例情况中，仅仅向用户呈现通过(pass)/未通过(fail)数据。在其它实施例中，可以呈现检测到的目标特征的实际量。在示出的示例性用户界面中，用户可以选择(例如经由合适地放置的手指轻点或鼠标点击)“详情”ui控制特征，从而看到关于所报告的特征(诸如，检测到的具体浓度和给定阈值，以及关于污染物的信息的链接)的更多详情。一旦用户查看完报告，就可以选择“关闭”ui控制特征以关闭弹出窗口260。

进一步应注意，应用256经过编程允许用户为每个目标特征设置个人阈值。(例如)如果用户对于给定污染物特别敏感因此想要设置更加严格的阈值以便在合适时更早收到警告，这一点可能是有帮助的。在这个示例场景中，据报告六个目标特征中有两个目标特征已经超出epa和用户中的至少一方设置的阈值。具体来说，硫氧化物量已经超出epa和用户设置的阈值，并且氮氧化物量超过了epa阈值但是超出了用户设置的更严格的阈值。鉴于本公开内容，大量其它场景和报告方案将变得明显。

用于报告检测的方法

图3示出了根据本公开的实施例的用于从合成射流感测系统接收和处理检测信号的方法。这种方法可以例如通过图2中示出的应用256实现，但是鉴于本公开内容，大量其它实施例将变得明显。应用256可以使用在诸如存储器252(例如一个或多个只读存储器设备、随机存取存储器设备、快闪存储器设备和/或任何其它合适的非瞬态存储器设备)的计算机程序产品上编码的任何指令集(例如c、c++、basic等)实现，接着在由一个或多个处理器执行时引起执行或以其它方式实行所述方法。

所述方法包括接收302与目标特征(例如污染物、气体、混合物等)相关联的检测信号，以及判定304检测信号是否指示已超出目标特征的给定阈值。检测信号可以例如是二进制信号，所述二进制信号或者处于第一状态(例如逻辑低)或者处于第二状态(例如逻辑高)。在这样一种情况下，第一状态指示环境空气中的目标特征的浓度在(多个)给定阈值以下，并且第二状态指示浓度在(多个)给定阈值以上。替代地，检测信号可以是传感器设备输出的最小-最大范围内的电压电平，其中，输出电压电平可以与环境空气中的目标特征的浓度水平相关。在更一般的意义上，检测信号可以是来自传感器输出的任何输出信号、或者是从传感器输出推导出的任何输出信号，所述输出信号包含或以其它方式暗示目标特征的检测和浓度水平中的至少一项。鉴于本公开内容，大量这种检测信号和信号处理方案将变得明显，并且本公开并不希望限于任何特定类型。

所述方法继续在306判定是否已超出阈值。如果不是，则所述方法继续在314继续监测。如先前解释的，这个继续监测可以用持续方式执行(例如始终开启、始终监测)。替代地，监测可以用周期性方式执行，诸如根据预定义的采样时间表和/或基于用户从一个地理位置到另一个地理位置的移动(例如如果用户从当前位置移动超过500英尺或者地理位置的某个其它可检测的变化，则触发新的环境空气采样阶段)。

如果另一方面，306处的确定指示已超出阈值，则所述方法继续向用户发布308警告。一个示例警告可以(例如)是可听信号，诸如指示具体检测的鸣响或频音序列(例如三次鸣响的铃声表示地面臭氧检测，而高音的重复频音表示一氧化碳检测)。另一示例警告可以是警告的视觉呈现，诸如图2中示出的视觉呈现，或者用户可以与周围环境中的目标特征的检测关联起来的某个其它绘图。另一示例警告是警告的听觉呈现，诸如经由感测设备的扬声器对于检测到目标特征的预先记录的表达(例如，“检测到高硫氧化物浓度水平。报告已经用电子邮件发送给您。”)另一示例警告是通过压电致动器或某个其它合适的元件提供的触觉响应(例如设备的振动)。如将了解的，可使用大量通信方案传达所述警告。

所述方法可进一步包含记录310警告及相关联的数据，诸如检测日期/时间、检测的地理位置和检测到的目标特征量。可以在感测设备本身的存储器中和/或远程存储库或存储空间(例如配合应用256使用的云端存储空间，或者某个其它在线存储设施)中维护所述日志。在检测到的目标特征至关重要(例如辐射)的一些情况下，310处的记录可以进一步包括向中央部门或政府机构(例如epa、联邦调查局、地方警察等)自动报告检测和相关数据。

所述方法可以继续响应于用户输入，诸如通过选择图2中示出的“关闭”ui控制特征解除312警告。替代地，在不良目标特征减轻后(因为目标特征不再以超出给定阈值的浓度存在)，警告可以自动解除。可以进一步看出，所述方法可以如314所示继续监测。应注意，根据一些实施例，无论警告是否解除，这个继续监测都能发生。

合成射流结构

图4示出了根据本公开的实施例配置的集成式合成射流设备。可以看出，这个示例实施例的合成射流结构包括底部导体431，所述底部导体借助于下部间隔件429与受到致动的膜427间隔开，以便限定下部空腔475。此外，限定孔口423的挡扳421借助于上部间隔件425与受到致动的膜427间隔开，以便限定上部空腔476。在操作中，当膜427受到驱动振动时，膜位移会将流体(在一个示例情况中是空气)抽拉到空腔476中，然后穿过孔口423将流体推出，从而形成空气的“喷吹”(例如涡流)，然后，空气的“喷吹”会夹带周围空气从而引起射流流动的形成。

在这个示例情况中，受到致动的膜427是受到静电致动的导电圆形膜(图4中示出了它的横截面)。下部间隔件429和上部间隔件425可以例如用氧化物或任何其它合适的非导电或绝缘材料实现。挡扳421也可以用绝缘或半导电材料实现，诸如例如硅或陶瓷，但是也可以使用多种其它合适的材料。举例来说，在另外其它实施例中，上部间隔件425可以导电，挡扳421也可以导电(挡板不需要是绝缘的)。在更一般的意义上，可以使用任何材料来实施合成射流设备的不同的特征(例如塑料、陶瓷、金属、绝缘体)，只要能施加偏压或驱动信号使膜427振荡即可。在一个具体实施例中，上部间隔件和下部间隔件(429和425)是绝缘体，以便将导电膜427与下部导体431和挡扳421隔离。如将了解的，在其它实施例中，诸如在使用压电或电磁致动的实施例中，底部/顶部间隔件429和425可以是导电的。

底部导体431可以是任何合适的导电材料，诸如多晶硅、铜、铝、铂、掺杂硅或其它导电材料。例如，底部导体可以实现成用硅掺杂成导电的，或者是诸如硅或氧化硅的某种合适材料的基底衬底上的诸如铜或铝的图案化的金属层。

这种合成射流设备可以被微细制造，并且根据感测应用和有待移动到感测区域的空气或流体的体积而缩放成任何尺寸，诸如微米级或更大的尺度。随着技术发展，使用本文中所提供的原理并且如将了解的，也可以实现纳米级和更小的配置。为了将合成射流结构缩放成直径1mm或更小的尺寸，可以使用微细制造技术，诸如用于制造商用mems设备的那些微细制造技术。例如，可以使用mems或晶片接合处理流程来制造受到静电致动的膜。

在这个示例实施例中，膜427是导电的，并且用作电极。为此目的，膜427本身可以用导电材料来实现，或者用在表面上用导电材料金属化或以其它方式涂布的非导电材料或经过合适掺杂的半导体来实现。以类似方式，底部导体431本身可以用导电材料实现，或者用在表面上用导电材料金属化或以其它方式涂布的非导电材料或经过合适掺杂的半导体来实现。应注意，这种导电涂层可以安置成图案(例如图案化的金属电极)，并且不一定需要覆盖底部导体431或膜427的整个区域。在任何这种情况中，在膜427和底部导体431上施加ac电压信号，会驱动膜振动和/或谐振。

在一些实施例中，膜427可以从底部导体431形成(使用沉积技术，诸如外延生长、旋涂、化学气相沉积或其它合适的沉积技术)，或以其它方式经由非导电间隔件429接合到所述底部导体，以便形成下部空腔475并且容许膜427移动。带有孔口423的上部空腔476可以例如通过晶片接合或牺牲mems工艺形成。这个上部空腔476可以借助于间隔件425与膜427的边缘密闭性密封，从而确保被抽拉到空腔476中的流体(在这个示例情况中是空气)不会通过间隔件425丢失到周围环境。如将进一步理解的，一个或多个传感器设备可以经由流道与孔口423间隔开，流道也可以用沉积或接合工艺提供。密闭密封通过晶片接合工艺形成。举例来说，在硅膜427接合到氧化硅间隔材料的情况下，通过接合形成的密封是密闭的。在另一实施例中，如果使用环氧树脂密封，则结合的密闭性质将与间隔材料无关，间隔材料可以是陶瓷/硅，诸如在包括挡扳和侧壁的陶瓷/硅盖帽的情况下。应进一步理解，可以形成流道的方式有许多种，诸如3d打印、模制塑料、蚀刻pcb沟槽、蚀刻半导体衬底、蚀刻金属和微细机械加工，以及这种形成技术的任何组合。鉴于本公开内容，大量合适的制造方案将变得明显。

制造方法

图5a至图5k中示出了用于制造参看图4说明的设备的示例处理流程，其中导电膜427由绝缘体上半导体(soi)晶片的高度掺杂器件层形成。在这样一个实施例中，假设soi晶片包括氧化物层上的单晶硅层的示例，这个示例是特别有利的，因为使用单晶硅作为膜材料(而不是例如多晶材料)能得到更高的质量因子(q)因此得到更好的能效。图5a至图5k的流程还示出了经由晶片接合制造上部空腔的示例。传感器也可以提前形成，然后借助于接近于上部空腔层沉积或以其它方式形成的中间流道与孔口间隔开。孔口与流道之间的空隙提供对于环境空气/流体的接入方式，以便将环境空气/流体抽拉到空腔中然后排出以夹带周围环境空气/流体。因此，提供了如何制造合成射流感测系统的具体材料和处理流程。然而，如鉴于本公开内容将了解的，可以使用其它材料和处理技术来形成结构的不同的部分(例如下部空腔、上部空腔、感测层、无论这些部分是被生长或以其它方式形成于彼此上，还是以其它方式以工作方式彼此耦合)。

更具体而言，图5a示出了已高度掺杂的硅晶片471。在一个示例实施例中，掺杂剂是硼，但是也可以使用其它合适的掺杂剂(例如砷、磷和镓)。图5b示出了掺杂硅晶片471，上面形成有氧化物层473。应注意，虽然在横截面的所有壁上都示出了氧化物，但是在其它实施例中可以只在顶表面上设置氧化物，或以其它方式选择性地设置氧化物。在一个示例情况中，可以通过使掺杂硅衬底471暴露于氧气流借此形成二氧化硅层。可以通过诸如暴露时间、温度和压力之类的工艺参数来管理氧化物473的厚度。如鉴于本公开内容，将了解的是，掺杂硅晶片471提供下部导体431，而氧化物层提供下部导体431与膜427之间的非导电下部间隔件429。图5c示出了可以接着如何图案化和蚀刻所得结构以去除有待形成的空腔区域中的氧化物，并且图5d示出了硅蚀刻之后得到的下部空腔475。可以使用常规图案化和蚀刻技术。

如图5e中所示，工艺流程继续将soi晶片熔焊到所述结构上。可以看出，soi结构或衬底包括soi器件层477(例如单晶硅层)、掩埋氧化物层479(例如二氧化硅层)和soi把手481(例如块状硅层)。图5f示出了大部分soi把手481被去除后的所得结构，这个去除过程可以经由化学机械平面化(cmp)工艺实现，图5g示出了soi把手481的其余部分被去除以露出下面的掩埋氧化物层479后的所得结构，这个去除过程可以使用在硅上常用的许多种常规蚀刻工艺(湿性和/或干性、各向异性和/或各向同性)实现。

图5h示出了掩埋氧化物层479被蚀刻掉以释放soi器件层477后的所得结构。同样，可以使用任何合适的蚀刻方案。如将了解，soi器件层477提供受到致动的膜427，所述受到致动的膜可以用金属图案化或以其它方式金属化以提供第一电极，晶片471也可以用金属图案化或以其它方式金属化以提供其它电极。在一些实施例中，应进一步注意，可以使用不同材料的层形成电极。如先前解释的，可以在两个电极上施加ac偏压电压以激活膜，从而使得膜以它的谐振频率振动以提供移动/喷吹。

图5i示出了预蚀刻的陶瓷盖帽或硅晶片485被熔焊到soi器件层477上以形成上部空腔476后的所得结构。在这样一种情况下，氧化物483在接合之前形成于盖帽485上，或者以其它方式构成盖帽485的一部分。如将了解，预蚀刻盖帽/晶片485提供带有孔口423的挡扳421，并且氧化物483提供上部非导电间隔件425。在一个特定实施例中，单一元件提供氧化物483与带有孔口485的盖帽的组合，以便提供挡扳421、孔口423和上部间隔件425的所得结构/几何形状。在这个意义上，挡扳421实际上就是盖帽485的顶部，并且上部间隔件425实际上就是盖帽485与氧化物483的底部。例如，盖帽485和间隔件425的顶部可以由非导电陶瓷形成，并且盖帽485与晶片之间的密封用环氧树脂形成。在此情况下，不需要氧化物层483。在另外其它实施例中，间隔件425可以是掩埋氧化物层479的在图5h中示出的掩埋氧化物(box)蚀刻工艺期间被遮蔽并且留下的部分，假设层479具有对于目标应用而言合适的几何形状。在另外其它实施例中，氧化物层483可以被沉积或以其它方式直接形成于soi器件层477上，然后可以将预蚀刻的盖帽485(只是挡扳部分，而不是下部间隔件部分和上部挡扳部分这两个部分)接合在位。替代地，可以使用牺牲材料将预蚀刻的盖帽485直接形成于氧化物层483上以限定上部空腔476。应进一步注意，盖帽485和氧化物483不需要实际上是氧化物，而是如先前解释可以是任何其它适合的材料。为此目的，所描绘的过程流程是一个示例实施例，并且鉴于本公开内容，大量其它材料组和结构以及形成技术将变得明显。

接着可以经由流道487将所得的合成射流结构与预制的传感器层操作性地耦合。例如，可以靠近盖帽485沉积流道487，如图5j中所示。请注意，如先前解释的，盖帽485与流道487之间的空隙允许夹带环境空气/流体。在流道487被蚀刻或以其它方式被形成之后，预制的传感器489(例如晶片或上面形成有传感器电路的其它合适的衬底)可以被接合到所述流道，或者以其它方式与所述流道操作性地间隔开。在一些实施例中，流道487与传感器489之间的空隙允许在传感器对射流流动采样时允许所述流通过传感器。另一个实施例是下述情况：(多个)合成射流设备放置在流道487的内部，只要流道大于(多个)合成射流设备即可。这样还会允许夹带周围空气/流体。在流道487与传感器489直接耦合的其它实施例中，可以设置通向传感器的任一侧的流道通风口或出口，用于容许所采样的射流流动的释放或通过。图5k中示出了一个示例性所得结构。可以进一步看出，可以从传感器层读出检测信号，或者以其它方式从传感器层提供检测信号，并且如先前解释的提供所述检测信号用于后续的分析和处理。一些实施例可以进一步包括中间读出电路，用于在发送检测信号以供处理之前先放大和/或过滤所述检测信号。

应注意，图5a至图5k不是按照任何特定比例绘制的，并且流道不是必须大于合成射流设备。如将进一步理解的，每条流道可以有多于一个设备。例如，图5l示出了另一个实施例，其中合成射流设备在流道内部、靠近一端。图5m示出了另一个示例性配置，其中合成射流设备在流道内部，但是进一步在流道内部并且在流道的一个侧壁上。图5n类似于图5m的示例性配置，区别是合成射流设备在流道外部并且经由侧壁中的孔口接入流道。图5o示出了另一个示例性配置，其中有多个合成射流设备(在这个示例情况中是三个)，一个射流设备靠近流道的输入端，另外两个射流设备在流道外部并且经由(多个)侧壁中的相应的孔口接入流道。图5p类似于图5o的示例性配置，区别是靠近流道的输入端的射流设备现在处在流道的内部。因此，应注意，在一些实施例中，射流设备可以既有在流道内部的，也有在流道外部的。应进一步注意，流道可以具有任何几何形状，并且不需要是圆柱形的。举例来说，流道可以是正方形、三角形、矩形或椭圆形，这只是几种合适的形状。为此目的，凡是提到侧壁或多个侧壁并不希望将本公开限制于任何特定的形状。应进一步注意，在存在多个合成射流设备的情况下，这些合成射流设备不需要具有同一个输出端。例如，图5q的示例实施例包括多个射流设备，全部由共用驱动信号驱动以提供同相操作，而图5r的示例实施例采用经过相移的驱动器信号以提供相移操作。这意味着合成射流设备不是在同一时间排出空气喷吹；而是在时间上移位。这样使得能引导合成射流设备流的方向(例如在这个示例中向上或向下)。如将了解，应注意，图5l至图5r用箭头描绘被夹带的空气/流体。如将了解，可以使用任何其它流道和射流配置。

鉴于本公开内容，各种变化将变得明显。例如，在其它实施例中，所述膜427(器件层477)使用压电材料(例如氮化铝、钛酸钡、锆钛酸铅)或电磁材料来实现，而不是静电膜。在压电情况中，应注意，膜427可以例如由诸如硅或氧化硅的任何材料制成，上面沉积有压电材料。在电磁材料的情况下，应注意，膜427可以例如由诸如金属的导电材料制成，并且永久磁体可以嵌入在膜上方或下方以在膜位置提供磁场。替代地，膜427可以是非导电的，并且磁体可以附接到膜上，并且通过施加外部时变磁场而使磁体致动。在更一般的意义上，感测系统中包括的合成射流设备可以用任何变换器技术实现，所述变换器技术能够致动而形成合成射流，合成射流夹带环境空气/流体，目的是将夹带的空气/流体以受控的递送提供到感测区域。并且，应注意，图5e至图5g中描绘的示例实施例使用soi晶片形成膜427用的接合硅薄层477。一种可能更加适合于高容量制造的替代方法可以是将硅晶片接合到图5d中示出的空腔晶片上，并且使用离子植入和层分裂来限定并且形成薄硅层。此外，图5i示出了基于氧化物的熔焊作为一种将硅盖帽485接合到硅膜表面的方法。替代方案是使用带有环氧粘合剂的陶瓷盖帽。在所述示例性情况下，可能不需要氧化物层483，只要挡扳非导电或者以其它方式与器件层的硅膜477电隔离即可。此外，应注意，盖帽485/上部空腔476的内径不需要与膜层477直径的直径匹配。举例来说，上部空腔476的内径可以大于膜层477的直径。此外，图5a至图5k中的示例实施例为了简单的目的仅仅示出了晶片表面上的一个晶粒，但是其它实施例可以包括多个晶粒。

将进一步理解，可使用所述技术提供感测方案用于与任何数目的计算平台集成，或者提供独立传感器方案，或者提供微细级泵吸应用。应进一步注意，虽然实施例示出了合成射流的孔口与膜相对，但是应注意，其它实施例可以在其它地方设有孔口，例如在空腔的一个侧面，而不是在空腔的与孔口相对的末端。孔口也不需要放在中心或以其它方式放在特定位置。举例来说，在一个示例实施例中，并且进一步参看图4，孔口423可以在右间隔件425中或者以其它方式取代所述右间隔件，并且顶部处的孔口423可以封闭。鉴于本公开内容，大量其它这种变化将变得明显。

分布式感测系统

图6示出了根据本公开的实施例配置的分布式传感器系统。可以看出，所述系统包括多个基于合成射流的感测系统100，所述基于合成射流的感测系统与网络601通信地耦合。应用服务器603能够执行传感器数据收集模块，所述传感器数据收集模块被配置成用于访问不同的传感器系统100以从每个传感器系统获得检测水平。服务器603接收到的传感器数据可以存储于传感器数据存储空间605中。同样，一个或多个客户端计算系统607还可以能够访问传感器系统100中的一个或多个(例如借助于预订云端环境感测系统或某个其它经过授权的使用)。

网络601可以是任何通信网络或网络组合，诸如因特网与一个或多个局域接入网络的组合。如将了解，可以使用无线和有线网络技术。虽然仅仅示出一个客户端607和一个服务器603，但是应了解，所述系统中按需要可以包括任何数目的客户端607和服务器603。每个客户端607和服务器603可以用任何合适的计算架构实现(按照通常的做法)，并且被编程或以其它方式被配置成用于执行从分布式传感器系统的数据收集。(多个)服务器603可以例如是云端感测系统诸如环境监测系统的一部分，如具有部署在世界或国家各地的不同的城市和/或其它位置或校园或实验室中的传感器(根据系统的范围和用途而定)的环境监测系统，从而使得用户(例如旅行者、政府机构、实验室工人或其它感兴趣的各方)可以访问所述系统以判定区域局部的目标特征水平是否可接受或以其它方式符合期望。客户端计算系统607的用户界面(ui)可以例如类似于图2中示出的用户界面，但是可以使用任何数目的合适的ui方案。将进一步理解，还可以关于应用服务器603使用类似的ui方案并且提供对存储空间605的访问权，用于向所述存储空间写入数据和从所述存储空间读取数据。

这种实施例可以例如在所谓的物联网(iot)配置的情境中实现，以提供一个或多个传感器节点100或其它这种分布式传感器系统。应进一步注意，在这种iot系统中，设备可以集成在部署于特定位置的固定传感器节点中。为此目的，传感器系统100不需要是移动的。应进一步注意，传感器系统100可以像给定网络上的任何其它计算系统一样诸如通过给定ip地址、mac地址和/或给定网络上的元件可以用于访问的任何其它合适的寻址机制而寻址。鉴于本公开内容，采用分布式感测系统的大量变化和实施例将变得明显。

进一步的示例实施例

以下示例属于进一步的实施例，许多置换和配置将从这些实施例变得明显。

示例1是一种感测系统。所述感测系统包括：流道；以及合成射流设备，所述合成射流设备包括带有孔口的空腔中的振动膜，所述孔口输出到所述流道。所述合成射流被配置成用于将周围空气/流体夹带到所述流道中以提供射流流动。所述系统进一步包括传感器，所述传感器用于从所述流道接收所述射流流动，并且被配置成用于检测所述射流流动中所包括的目标特征。

示例2包括如示例1所述的主题，其中，所述流道、合成射流和传感器中的每一者用填充在衬底(例如印刷电路板或其它合适的衬底)上的分立部件来实现。

示例3包括如示例2所述的主题，其中，填充有所述通道、合成射流和传感器的所述衬底在壳体或封装体内。

示例4包括如示例1所述的主题，其中，所述流道、合成射流和传感器中的每一者被实现为集成电路。

示例5包括如示例4所述的主题，其中，配置有所述通道、合成射流和传感器的所述集成电路在壳体或封装体内。

示例6包括如以上示例中的任一项所述的主题，其中，所述传感器包括以下各项中的至少一项：光学传感器、微机电系统谐振传感器、机电传感器、金属氧化物传感器、电化学传感器、辐射传感器、污染物传感器和气体传感器。如将了解，可以使用任何数目的其它传感器。

示例7包括如以上示例中的任一项所述的主题，其中，所述目标特征是空气污染物。

示例8包括如以上示例中的任一项所述的主题，其中，所述目标特征是以下各项中的至少一项：颗粒物质、地面臭氧、一氧化碳、硫氧化物、氮氧化物和铅。

示例9包括如以上示例中的任一项所述的主题，其中，所述系统包括多个传感器。在一些这种情况下，每个传感器被配置成用于感测不同的目标特征。

示例10包括如前述示例中的任一项所述的主题，其中，所述系统包括多个合成射流。

示例11包括如以上示例中的任一项所述的主题，其中，所述系统包括多个流道。

示例12包括如以上示例中的任一项所述的主题，其中，所述系统包括多个合成射流，每个合成射流经由对应的流道耦合到一个或多个传感器。所述流道可以是多个相异的流道，或者具有两个或更多个输出的分裂输出的共用流道。

示例13包括如以上示例中的任一项所述的主题，其中，所述振动膜包括单晶硅。

示例14包括如以上示例中的任一项所述的主题，所述系统进一步包括处理器，所述处理器被配置成用于响应于由所述传感器检测到所述目标特征而发出警告。

示例15包括如示例14所述的主题，所述系统进一步包括以下各项中的至少一项：显示器，所述显示器用于向用户视觉地呈现警告；触觉元件，所述触觉元件用于向所述用户呈现所述警告；以及扬声器，所述扬声器用于向用户听觉地呈现警告。

示例16包括如示例15所述的主题，其中，显示器是触摸屏显示器。

示例17包括如前述示例中的任一项所述的主题，所述系统进一步包括用户界面，所述用户界面被配置成用于响应于检测到目标特征而呈现检测信息。

示例18包括如示例17所述的主题，其中，所述用户界面提供对所述检测信息的视觉呈现。

示例19包括如示例17所述的主题，其中，所述用户界面提供检测信息的听觉呈现。

示例20包括如示例17至19中的任一项所述的主题，其中，所述检测信息包括以下各项中的至少一项：目标特征的通过/未通过状态、目标特征的浓度水平、目标特征的地理位置、以及检测时间。

示例21是芯片上系统(soc)，所述芯片上系统包括如前述示例中的任一项所述的系统。

示例22是一种移动计算设备，所述移动计算设备包括如前述示例中的任一项所述的系统。

示例23包括如示例22所述的主题，其中，所述移动计算设备是可穿戴设备、智能手机、平板电脑或便携式计算机中的一项。

示例24是至少一种非瞬态计算机程序产品，以指令来编码，所述指令在由一个或多个处理器执行时使得过程被实施。所述过程包括：接收与由合成射流感测系统检测到的目标特征相关联的检测信号，所述目标特征是在所述合成射流感测系统周围的环境空气中检测到的；以及判定所述检测信号是否指示已超出所述目标特征的给定阈值。响应于确定了已超出所述阈值，所述过程继续使得发出警告。

示例25包括如示例24所述的主题，其中，所述检测信号的性质是二进制的，具有指示关于所述目标特征的通过状态的第一状态，或者指示关于所述目标特征的未通过状态的第二状态。

示例26包括如示例24所述的主题，其中，所述检测信号包括电压电平，所述电压电平指示检测到的所述目标特征的浓度水平。

示例27包括如示例24至26中的任一项所述的主题，其中，响应于确定未超出所述阈值，所述过程包括继续监测所述目标特征的存在。

示例28包括如示例27所述的主题，其中，继续监测所述目标特征的存在包括：根据预定义的采样时间表周期性地进行监测。

示例29包括如示例27或28所述的主题，其中，继续监测所述目标特征的存在包括：基于所述用户从一个地理位置到另一个地理位置的移动周期性地进行监测。

示例30包括如示例24至29中的任一项所述的主题，其中，经由显示屏视觉地呈现所述警告。

示例31包括如示例24至30中的任一项所述的主题，其中，经由扬声器听觉地呈现所述警告。

示例32包括如示例24至31中的任一项所述的主题，其中，所述过程进一步包括：在电子存储设施中记录所述警告及相关联的数据。

示例33包括如示例32所述的主题，其中，所述相关联的数据包括以下各项中的至少一项：检测日期、检测时间、检测的地理位置以及所检测到的所述目标特征的量。

示例34包括如示例32或33所述的主题，其中，所述电子存储设施远离所述合成射流感测系统。

示例35包括如示例32或33所述的主题，其中，所述电子存储设施在合成射流感测系统的本地。

示例36包括如示例32至35中的任一项所述的主题，其中，记录所述警告及相关联的数据包括：向中央权力机构或政府机构自动报告所述检测数据和相关数据。

示例37是一种感测设备。所述设备包括合成射流，所述合成射流包括：底部导体，所述底部导体与膜间隔开以提供下部空腔；以及具有孔口的挡扳，所述挡扳与所述膜的相反侧间隔开以提供上部空腔，其中，所述膜响应于跨所述膜和所述底部导体两端施加的偏压而振动，以便在所述孔口输出端处形成射流流动。所述设备进一步包括：流道，所述流道用于接收射流流动；以及传感器，所述传感器用于从流道接收所述射流流动，并且检测所述射流流动中的目标特征。

示例38包括如示例37所述的主题，其中，所述设备是半导体设备。

示例39包括如示例37或38所述的主题，其中，所述底部导体包括非导电材料，所述非导电材料上具有金属电极。

示例40包括如示例37至39中的任一项所述的主题，其中，所述膜包括非导电材料，所述非导电材料上具有金属电极。

示例41包括如示例37至40中的任一项所述的主题，其中，所述膜包括单晶硅。

示例42包括如示例37至41中的任一项所述的主题，其中，所述膜包括压电材料。

示例43包括如示例37至41中的任一项所述的主题，其中，所述膜包括电磁致动型材料。

示例44包括如示例37至41中的任一项所述的主题，其中，所述膜包括静电膜。

为了便于说明和描述而提供了示例实施例的以上描述。所述描述不旨在是穷尽的或将本公开限制为所公开的确切形式。鉴于本公开内容，许多修改和变化都是可能的。本公开的范围旨在不受此详细说明限制，而是受所附权利要求书的限制。要求本申请的优先权的未来提交的申请可以通过不同的方式要求所公开的主题，并且可以总体上包括如之前所公开的或另外在此所演示的一种或多种限制的任何集合。