【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于mems压力传感器设计领域，尤其涉及一种双模式谐振压力传感器。
技术介绍
1、传统的谐振式压力传感器受其应变机制的影响仅适用于低真空范围(大于0.5kpa)以上的压力测量，虽具有超高精度特性，但无法测量中低真空范围压力。而已有的全量程压力传感器，即测量大气压至中低空或高真空范围压力，普遍基于热粘滞阻尼原理或与薄膜、电离真空计组合成复合真空计实现此目标，通常精度较低(不优于10％读数精度)，且复合真空计组成复杂，目前鲜有基于一个传感器芯片实现高灵敏度的低压压力测量和高精度的常压压力测量的研究。
2、肖定邦等在引证专利202010525596“一种全量程真空计及其测试方法”首次提出了通过一个传感器芯片实现大气压至高真空压力的测量。其利用谐振器的多阶模态，并结合多种谐振器激励-响应关系实现不同压力等级的测量，在中低真空范围其单纯的依靠阻尼相关量——品质因数来表征环境压力，已有很多研究表明此工作方式测试复杂、线性度低、精度低，且仅能通过开环激励的方式实现测量，不利于器件的小型化和稳定运行。
3、已有的全量程真空压力测量方案多采用两个分体的传感器测量并通过仪表整合显示，增加了系统的复杂度，不利于系统集成。目前测量低真空压力以上范围多采用压阻或阻尼式传感部件测量，因此精度低、灵敏度有限。除此之外，已有的方案仅能工作在25℃附近，未见有能够适应更低的温度(5℃以下)和更高的温度(50℃以上)的研究或专利技术，一定程度上限制了传感器的应用。
技术实现思路
1、
2、本专利技术提供一种双模式谐振压力传感器，所述双模式谐振压力传感器包括谐振器组，谐振器组包括至少2个单体谐振器，其中，
3、在低真空以上压力段即p≥p0，谐振器组的单体谐振器不耦合，单体谐振器将分别敏感于压力，各自产生谐振频率输出量，通过同时解算某些单体谐振器的谐振频率或解算其中一个单体谐振器频率以及热敏部件的输出值，得到该温度下待测压力值；
4、在中低真空范围内即p<p0，谐振器组的单体谐振器弱耦合，使谐振器组产生模态局域化现象，此时通过解算各单体谐振器的幅值信息与热敏部件输出值得到该温度下待测压力的测量值。
5、进一步，所述谐振器组为基于静电力实现的静电耦合的2自由度耦合谐振器；两个单体谐振器通过锚点固定在压力传感器的压力膜片上，工作时通过电极实现各自的激励和拾振，基于静电力的耦合结构通过两个耦合电极与两个单体谐振器实现软连接，通过调整静电力强弱、耦合结构锚点的数量和位置调整传感器的灵敏度，此时两个单体谐振器结构和尺寸完全相同。
6、进一步，在中低真空范围内即p<p0，谐振器组工作在弱耦合状态时，通过其中至少两个单体谐振器幅值信息r1和r2与热敏部件输出值v在温度t下待测压力的测量值p：
7、p(t)＝g2(g1(r1,r2),v)
8、其中，g1(·)表示对幅值信息r1和r2的预处理函数，g2(·)为以幅值相关信息g1(r1，r2)和v为自变量表示待测压力p和温度t的函数关系；
9、在低真空以上压力段(p≥p0)，通过同时解算至少两个单体谐振器的谐振频率f1和f2或解算其中一个单体谐振器频率fi以及热敏部件的输出值v，可得到温度t下待测压力值p为：
10、p(t)＝h1(f1，f2)或p(t)＝h2(fi，v)
11、其中，h1(·)和h2(·)表示以频率fi和v为自变量表示待测压力p和温度t的函数关系。
12、本专利技术具有以下有益技术效果：
13、中低真空压力段传感器工作在弱耦合模式，具备高灵敏度特性；低真空以上压力段传感器工作在传统谐振模式，具备高精度特性。可在更低温(小于5℃)至更高温(大于50℃)范围内工作。通过一个敏感芯片实现涵盖中低真空压力至大气压在内的宽范围压力测量且中低真空压力部分传感器具有超高灵敏度特征，低真空以上压力段传感器可高精度测量压力，性能可与传统谐振式压力传感器比拟。
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1.一种双模式谐振压力传感器，其特征在于，所述双模式谐振压力传感器包括谐振器组，谐振器组包括至少2个单体谐振器，其中，
2.根据权利要求1所述的传感器，其特征在于，所述谐振器组为基于静电力实现的静电耦合的2自由度耦合谐振器；两个单体谐振器通过锚点固定在压力传感器的压力膜片上，工作时通过电极实现各自的激励和拾振，基于静电力的耦合结构通过两个耦合电极与两个单体谐振器实现软连接，通过调整静电力强弱、耦合结构锚点的数量和位置调整传感器的灵敏度，此时两个单体谐振器结构和尺寸完全相同。
3.根据权利要求1所述的传感器，其特征在于，在中低真空范围内即P<P0，弱耦合时，通过其中至少两个单体谐振器幅值信息R1和R2与热敏部件输出值V解算在温度T下待测压力的测量值P：
【技术特征摘要】
1.一种双模式谐振压力传感器，其特征在于，所述双模式谐振压力传感器包括谐振器组，谐振器组包括至少2个单体谐振器，其中，
2.根据权利要求1所述的传感器，其特征在于，所述谐振器组为基于静电力实现的静电耦合的2自由度耦合谐振器；两个单体谐振器通过锚点固定在压力传感器的压力膜片上，工作时通过电极实现各自的激励和拾振，基于静电力的耦合结构...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈德勇，秦佳新，夏文良，王军波，谢波，鲁毓岚，
申请(专利权)人：中国科学院空天信息创新研究院，
类型：发明
国别省市：
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