Capteur de pression différentielle résonant en silicium

Un capteur de pression différentielle résonant en silicium est un type de capteur résonant fabriqué à l'aide de la technologie de micro-usinage au silicium, spécifiquement conçu pour mesurer la différence de pression entre deux entrées de pression. Son principe de base consiste à déterminer la valeur de la pression différentielle en mesurant le changement de la fréquence naturelle d'un faisceau résonant de silicium monocristallin.

 

Il combine parfaitement les avantages de trois technologies avancées :

1. Mesure de pression différentielle :Convient aux applications critiques telles que la mesure de débit et de niveau.

2. Principe de résonance :Offre une précision inégalée et une stabilité à long terme-.

3. Technologie MEMS en silicium :Permet la miniaturisation, la production par lots et une fiabilité élevée.

Son cœur est une microstructure complexe fabriquée sur une plaquette de silicium grâce à la technologie MEMS.

Structure de base :

• Une structure liée à triple couche de verre-silicium-verre-.
• Couche de verre supérieure : contient des trous d'entrée de pression connectés au côté haute-pression.
• Couche de verre inférieure : contient des trous d'entrée de pression connectés au côté basse-pression.
• Couche de silicium intermédiaire : micro-usinée et contient :

Diaphragme de détection : un diaphragme en silicium fin mais robuste qui détecte la différence de pression des deux côtés.

Poutres résonantes : situées au-dessus (ou intégrées à l'intérieur) du diaphragme de détection, ce sont des structures de poutres en silicium suspendues. En règle générale, il y a deux faisceaux résonants identiques à l’intérieur d’un capteur, situés respectivement au centre et au bord du diaphragme.

Électrodes d'entraînement et électrodes de détection- : utilisées pour exciter les faisceaux résonants en vibration et détecter leur fréquence de vibration.

Processus opérationnel :

• Appliquer une pression différentielle : la haute pression (P1) et la basse pression (P2) agissent de chaque côté du diaphragme de détection.
• Déformation du diaphragme : La différence de pression provoque une déformation de flexion infime du diaphragme de détection.
• Génération de contraintes : Cette déformation crée une répartition des contraintes sur le diaphragme :

Le faisceau résonant au centre du diaphragme subit une contrainte de compression.

Le faisceau résonant au bord du diaphragme subit une contrainte de traction.

Changement de fréquence :

Selon le principe de résonance, la contrainte de compression entraîne une diminution de sa fréquence de résonance.

La contrainte de traction entraîne une augmentation de sa fréquence de résonance.

Mesure différentielle : le capteur mesure la différence de fréquence entre les deux faisceaux résonants (Δf=f₁ - f₂).

Le résultat est la différence entre les deux fréquences de résonance, ce qui offre des avantages significatifs :

Rejet d'erreur en mode-commun :

• Effets de la température :Si la température augmente, les fréquences des deux faisceaux résonants changent dans la même direction (par exemple, les deux diminuent), mais leur différence de fréquence reste inchangée.
• Effets de la pression statique :Une pression statique similaire appliquée des deux côtés affecte les deux faisceaux de la même manière et leur différence de fréquence reste également stable.
• Précision et résolution extrêmement élevées :La fréquence peut être mesurée avec une extrême précision, ce qui se traduit par une résolution et une répétabilité très élevées du capteur, avec une précision atteignant ±0,075 % ou même plus.
• Intrinsèquement numérique :La sortie est un signal de fréquence, qui offre une forte capacité anti--interférence et est facile à traiter pour les systèmes numériques.

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