辐射热计流体流动传感器制造技术

一种传感器包括具有第一表面的衬底；连接到衬底的盖结构，盖结构配置成限定盖结构的内表面与衬底的第一表面之间的腔体，盖结构配置成阻挡红外辐射从盖结构的外部进入腔体；多个吸收器，所述多个吸收器中的每一个吸收器连接到衬底的第一表面，并且布置在腔体内的相应位置处且配置成吸收腔体内的相应位置处的红外辐射；以及多个读出电路，所述多个读出电路中的每一个读出电路连接到所述多个吸收器中的相应吸收器，并且配置成提供指示由相应吸收器吸收的红外辐射量的测量信号。

Radiometer Fluid Flow Sensor

A sensor includes a substrate having a first surface; a cover structure connected to the substrate, which is configured to define a cavity between the inner surface of the cover structure and the first surface of the substrate, and a cover structure which prevents infrared radiation from entering the cavity from the outside of the cover structure; and a plurality of absorbers, each of which is connected to the first surface of the substrate and arranged. Infrared radiation at the corresponding position in the cavity and disposed at the corresponding position in the absorption cavity; and a plurality of readout circuits, each of which is connected to the corresponding absorber in the plurality of absorbers, and configured to provide a measurement signal indicating the amount of infrared radiation absorbed by the corresponding absorber.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】辐射热计流体流动传感器
本文档中所公开的装置和方法涉及基于辐射热计的传感器，并且更特别地，涉及基于辐射热计的流体流动传感器。
技术介绍
辐射热计是一种用于测量电磁辐射的传感器类型。辐射热计一般包括经由热学链路连接到热沉或热储（即恒定或接近恒定温度的主体）的吸收元件。温度计或其它温度敏感元件附接到吸收元件或嵌入到其中以便测量吸收元件的温度。在一些辐射热计中，吸收元件可以自身是温度敏感元件。辐射热计的基本操作原理是，当入射的电磁辐射或光子被吸收元件吸收时，来自辐射的能量升高吸收元件的温度。温度中的改变通过温度敏感元件测量以便测量所吸收的辐射的量值。为了检测某些类型的辐射，吸收元件可以配置用于对不同范围的波长敏感。图1示出用于检测红外辐射104的微辐射热计100。微辐射热计100包括吸收器108，其包括配置成吸收红外辐射并且作为温度中的小改变的结果而相对地展现电阻中的改变的材料。例如，吸收器108可以包括无定形硅或氧化钒。吸收器108通过一对电极116悬浮在衬底112上方以便将吸收器108与衬底112热学隔离。经由电极116向吸收器108施加电流或电压，并且监视吸收器108的电阻中的改变以便检测辐射104。针对诸如微辐射热计100之类的传感器的一种常见用途是用于测量热学辐射。处于任何非零温度的物体辐射电磁能量。在接近室温的温度下，物体主要辐射红外辐射，这可以通过诸如微辐射热计100之类的传感器来检测。然而，使用辐射热计传感器来实现除简单的辐射传感器之类的其它种类的传感器将是有利的。
技术实现思路
公开了一种流体流动传感器。流体流动传感器包括具有第一表面的衬底；连接到衬底的盖结构，盖结构配置成限定盖结构的内表面与衬底的第一表面之间的腔体，盖结构配置成阻挡红外辐射从盖结构的外部进入腔体；多个吸收器，所述多个吸收器中的每一个吸收器连接到衬底的第一表面，并且布置在腔体内的相应位置处且配置成吸收腔体内的相应位置处的红外辐射；以及多个读出电路，所述多个读出电路中的每一个读出电路连接到所述多个吸收器中的相应吸收器，且配置成提供指示由相应吸收器吸收的红外辐射量的测量信号。公开了一种操作流体流动传感器的方法，流体流动传感器包括（i）具有第一表面的衬底，（ii）连接到衬底的盖结构，盖结构配置成限定盖结构的内表面与衬底的第一表面之间的腔体，盖结构配置成阻挡红外辐射从盖结构的外部进入腔体，以及（iii）多个吸收器，所述多个吸收器中的每一个吸收器连接到衬底的第一表面，并且布置在腔体内的相应位置处且配置成吸收腔体内的相应位置处的红外辐射。该方法包括从多个读出电路中的每一个读出电路接收测量信号，所述多个读出电路中的每一个读出电路连接到所述多个吸收器中的相应吸收器，且配置成提供指示由相应吸收器吸收的红外辐射量的测量信号；以及确定在盖结构附近流动的流体的流动特性，测量信号来自所述多个读出电路中的至少两个读出电路。附图说明结合随附各图，在以下描述中解释流体流动传感器和操作流体流动传感器的方法的前述方面和其它特征。图1示出用于检测热学辐射的现有技术微辐射热计。图2示出基于辐射热计的流体流动传感器。图3示出在流体开始从左向右流动时，来自图2的流体流动传感器的随时间的示例性输出信号。图4示出操作图2的流体流动传感器以确定流体的流动方向的方法。图5示出操作图2的流体流动传感器以确定流体的流动速度的方法。图6示出多个吸收器关于中心加热元件的可能布置以使得能够实现多轴流体流动感测。具体实施方式出于促进本公开的原理理解的目的，现在将参照在各图中图示并且在以下书面说明书中描述的实施例。要理解到，没有由此意图对本公开的范围的限制。还要理解到，本公开包括对所图示的实施例的任何更改和修改，并且包括如本公开所关于的领域中的技术人员正常将想到的本公开的原理的进一步应用。图2示出流体流动传感器200。流体流动传感器200包括衬底208。多个吸收器206每一个通过一对电极210悬浮在衬底208上方。流体流动传感器200还包括形成在衬底208的上表面214上或连接到衬底208的上表面214的盖结构212。盖结构212具有配置成限定涵盖吸收器206的腔体216的形状。特别地，腔体216被限定在盖结构212的内表面218与衬底208的上表面214之间。在一个实施例中，在腔体216中存在接近真空的压力。在一个实施例中，盖结构212包括从衬底208的上表面214延伸的墙壁部分220。墙壁部分220为位于吸收器206上方、与衬底208相对的盖结构212的顶部部分222提供支撑。盖结构212配置成阻挡红外辐射进入腔体216。特别地，在一个实施例中，将红外不透明材料层224沉积或附接到盖结构212的顶部部分222的上表面。在其它实施例中，可以将红外不透明材料层224夹在盖结构212的顶部部分222内部或沉积在盖结构212的内表面218上。在另外的实施例中，整个盖结构212可以包括红外不透明材料。在任一情况下，盖结构212不允许红外辐射从盖结构212外部进入到腔体216中。作为结果，吸收器206对由流体流动传感器200附近的物体所发射的热学辐射不敏感。而是，每一个吸收器206主要对从邻近于相应吸收器206的盖结构212的部分发射的热学辐射敏感，并且因而对盖结构212的所述部分的温度敏感。在一个实施例中，流体流动传感器200包括布置在盖结构212内的加热元件234。加热元件234布置在盖结构212的顶部部分222的中心中。在一个实施例中，吸收器206围绕加热元件234对称布置。在所示实施例中，其中存在两个吸收器206，吸收器206布置在加热元件234的相对侧上。不要求加热元件234用于流体流动传感器200的操作。然而，如以下将进一步详细讨论的，针对流体流动测量的灵敏度可以通过操作加热元件234以便将盖结构212暖化到大于周围温度的预定温度来改进。流体流动传感器200还包括与每一个吸收器206相关联并且配置成提供电压输出的读出电路226，所述电压输出指示由相应吸收器206吸收的辐射量。在一个实施例中，读出电路226是构建到衬底208中的集成电路。在其它实施例中，分离地提供读出电路226。在所示实施例中，读出电路226包括配置成提供经由电极210流过相应吸收器206的恒定电流的恒流源228。读出电路226提供跨吸收器206的电压作为输出230。在可替换的实施例中，读出电路226还可以包括与相应吸收器206串联布置以形成分压器的电阻（未示出）。在该实施例中，恒压源（未示出）跨分压器施加恒定电压，并且将跨相应吸收器206的电压或跨串联电阻的电压提供为输出230。吸收器206包括配置成吸收红外辐射并且作为温度中的小改变的结果而展现电阻中的大改变的材料。例如，吸收器206可以包括无定形硅或氧化钒。当红外辐射被吸收器206吸收时，吸收器206的温度增加。在一个实施例中，吸收器206具有负电阻温度系数。相应地，当吸收器206的温度增加时，相应电极210之间的电阻减小。作为恒流源228提供通过吸收器206的恒定电流的结果，跨吸收器206的电压以及因而输出230处的电压随吸收器206的电阻中的减小而成比例地减小。可替换地，在另一实施例中，吸收器206具有正电阻温度系数。相应地，当吸收器206的温度增加本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种传感器，包括：具有第一表面的衬底；连接到所述衬底的盖结构，所述盖结构配置成限定所述盖结构的内表面与所述衬底的所述第一表面之间的腔体，所述盖结构配置成阻挡红外辐射从所述盖结构的外部进入所述腔体；多个吸收器，所述多个吸收器中的每一个吸收器连接到所述衬底的所述第一表面，并且布置在所述腔体内的相应位置处且配置成吸收所述腔体内的所述相应位置处的红外辐射；以及多个读出电路，所述多个读出电路中的每一个读出电路连接到所述多个吸收器中的相应吸收器，并且配置成提供指示由所述相应吸收器吸收的红外辐射量的测量信号。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.09.08 US 15/259,1061.一种传感器，包括：具有第一表面的衬底；连接到所述衬底的盖结构，所述盖结构配置成限定所述盖结构的内表面与所述衬底的所述第一表面之间的腔体，所述盖结构配置成阻挡红外辐射从所述盖结构的外部进入所述腔体；多个吸收器，所述多个吸收器中的每一个吸收器连接到所述衬底的所述第一表面，并且布置在所述腔体内的相应位置处且配置成吸收所述腔体内的所述相应位置处的红外辐射；以及多个读出电路，所述多个读出电路中的每一个读出电路连接到所述多个吸收器中的相应吸收器，并且配置成提供指示由所述相应吸收器吸收的红外辐射量的测量信号。2.权利要求1所述的传感器，还包括：配置成加热所述盖结构的受热部分的加热元件，所述多个吸收器中的每一个吸收器在邻近于所述盖结构的所述受热部分的所述盖结构的部分附近布置在所述腔体中。3.权利要求2所述的传感器，其中：所述多个吸收器中的第一吸收器在从所述盖结构的受热部分的第一方向上在邻近于所述盖结构的受热部分的所述盖结构的部分附近布置在所述腔体中；并且所述多个吸收器中的第二吸收器在从所述盖结构的受热部分的第二方向上在邻近于所述盖结构的受热部分的所述盖结构的部分附近布置在所述腔体中，所述第二方向与所述第一方向相反。4.权利要求3所述的传感器，其中：所述多个吸收器中的第三吸收器在从所述盖结构的受热部分的第三方向上在邻近于所述盖结构的受热部分的所述盖结构的部分附近布置在所述腔体中，所述第三方向垂直于所述第一方向；并且所述多个吸收器中的第四吸收器在从所述盖结构的受热部分的第四方向上在邻近于所述盖结构的受热部分的所述盖结构的部分附近布置在所述腔体中，所述第四方向与所述第三方向相反。5.权利要求2所述的传感器，其中所述多个吸收器中的所述吸收器布置在围绕所述盖结构的所述受热部分对称布置的所述盖结构的部分附近。6.权利要求1所述的传感器，还包括：可操作连接到所述多个读出电路中的每一个读出电路的控制器，所述控制器配置成：从所述多个读出电路中的每一个读出电路接收所述测量信号；并且确定在所述盖结构附近流动的流体的流动特性，所述测量信号来自所述多个读出电路中的至少两个读出电路。7.权利要求6所述的传感器，所述控制器还配置成：基于来自连接到所述第一吸收器的所述多个读出电路中的所述读出电路的所述测量信号，检测到第一红外辐射量被所述多个吸收器中的第一吸收器吸收；基于来自连接到所述第二吸收器的所述多个读出电路中的所述读出电路的所述测量信号，检测到第二辐射量被所述多个吸收器中的第二吸收器吸收；并且基于第一量和第二量的比较而确定所述流体在哪个方向上在所述第一吸收器与所述第二吸收器之间流动。8.权利要求6所述的传感器，所述控制器还配置成：基于来自连接到所述第一吸收器的所述多个读出电路中的所述读出电路的所述测量信号，检测到由所述多个吸收器中的第一吸收器吸收的红外辐射量在第一时间点处开始改变；基于来自连接到所述第二吸收器的所述多个读出电路中的所述读出电路的所述测量信号，...

【专利技术属性】
技术研发人员：T罗茨尼克，SY余，G亚马，
申请(专利权)人：罗伯特·博世有限公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE