[0001] 本发明涉及压力传感器。

[0002] 一直以来，例如已知一种差压传感器(压力传感器)，其中通过使两面受压型的2个压力传感器元件在2个对称的压力导入路径上的位置接近，且互相配置为极性相反，对2个压力传感器元件的输出进行差动放大，从而得到使压力传感器元件的温度特性所导致的检测误差和扰动所导致的振动等抵消的输出(例如参照专利文献1)。

[0003] 专利文献1：日本特开平4-29027号公报。

[0004] 另外，在上述现有技术所涉及的压力传感器中，例如在根据感应部的材料形状等，对于压力的灵敏度的频率相关性较弱或者非相关，对于广范的频带具有大致同等的灵敏度的情况下，相对于期望的频带的信号，其他频带的信号所导致的噪声(noise)增大，担心由于期望的频带以外的信号，压力传感器的输出饱和。

[0017] 下面，参照附图说明本发明的一个实施方式所涉及的压力传感器。

[0018] 本实施方式所涉及的压力传感器10例如包括：2个压力变动传感器11(例如第一压力变动传感器(P1)11a和第二压力变动传感器(P2)11b)，具有在实效上相同的频率特性，并且在压力传递路径上串联(2级)排列；以及检测电路12，检测2个压力变动传感器11的输出的差值，压力传感器10输出与压力(例如气压等)的变动相应的信号。

[0019] 压力传感器10的压力变动传感器11例如由将硅支持层、由SiO2构成的氧化层以及硅活性层热贴合的SOI基板等形成，例如如图1(A)、(B)所示，包括腔21、悬臂22、间隙23和压电电阻24而构成。

[0020] 腔21例如由SOI基板的硅支持层形成为开口的有底筒状。

[0021] 悬臂22例如由SOI基板的硅活性层形成为在从基端侧朝向前端侧的方向(长边方向)延伸的板状，具有在腔21的开口端21a以悬臂状态被支持的基端部22a和作为自由端的前端部22b，根据腔21的内部与外部的压力差而弯曲变形。

[0022] 间隙23设在悬臂22的前端部22b与腔21的开口端21a之间，将腔21的内部与外部连通。

[0023] 压电电阻24例如由离子注入法或扩散法等各种方法，在悬臂22的基端部22a掺杂了磷等掺杂剂(杂质)而形成，从短边方向(与悬臂22的长边方向和厚度方向直交的方向)的两侧夹着在厚度方向贯穿悬臂22的基端部22a的贯穿孔22c而设置，根据悬臂22的弯曲变形的变形量(即应力的大小)使电阻值变化。

[0024] 设在贯穿孔22c的两侧的一个和另一个压电电阻24连接于后述的检测电路12和布线部25，布线部25由在悬臂22的基端部22a与贯穿孔22c相比设在向前端侧偏离的位置的导电性材料构成，包含该布线部25和一个及另一个压电电阻24的整体形状形成为俯视U形。

[0025] 由此，例如若在一个压电电阻24施加既定电压，则该电压施加引起的电流会绕进贯穿孔22c，从一个压电电阻24经由布线部25流过另一个压电电阻24。该电流为压力变动传感器11的输出，该输出的大小根据压电电阻24的电阻值而变化，压电电阻24的电阻值根据悬臂22的弯曲变形的变形量而变化。

[0026] 而且，压力变动传感器11具有至少与腔21的容量V或者间隙23的距离G相应的固有的频率特性。

[0027] 该频率特性例如是像截止频率fc等这样的、压力变动传感器11的灵敏度为既定值以上的下限频率，相对于比该下限频率低的频带的压力变动，随着频率的下降灵敏度呈下降倾向变化；相对于比下限频率高的频带的压力变动，随着频率的增大，灵敏度以从既定值向上限值饱和的方式呈增大倾向变化。

[0028] 下面，说明压力变动传感器11的动作例。

[0029] 在该压力变动传感器11中，例如如图2(A)、(B)所示的期间A，在腔21的外部的压力Pout(＝第一既定压力Pa)与内部的压力Pin的压力差为零的情况下，例如如图3(A)所示，悬臂22不弯曲变形，压力变动传感器11的输出(传感器输出)为零。

[0030] 与之相对，例如如图2(A)、(B)所示的时刻t1以后的期间B，若腔21的外部的压力Pout以阶梯状增大(Pout←第二既定压力Pb＞Pa)，例如图3(B)所示，悬臂22开始根据腔21的外部与内部的压力差而弯曲变形，随着该变形量的增大，压力变动传感器11的输出呈增大倾向变化。

[0031] 然后，若压力传递介质经由间隙23从腔21的外部向内部流动，腔21的内部的压力Pin由于比外部的压力Pout的变动缓慢的响应而逐渐增大，则随着腔21的外部与内部的压力差的减少，悬臂22的变形量呈减少倾向变化，压力变动传感器11的输出呈减少倾向变化。

[0032] 然后，例如如图2(A)、(B)所示的时刻t2以后的期间C，若腔21的内部的压力Pin与外部的压力Pout成为相等(Pin＝Pout＝Pb)，则例如如图3(C)所示，悬臂22的弯曲变形消除，压力变动传感器11的输出为零。

[0033] 压力传感器10的检测电路12例如如图4所示包括桥式电路31、基准电压产生电路32、差动放大电路33和输出电路34而构成。

[0034] 桥式电路31由例如第一压力变动传感器(P1)11a的压电电阻24(第一压电电阻24a：电阻值RP1)和第二压力变动传感器(P2)11b的压电电阻24(第二压电电阻24b：电阻值RP2)被串联连接而成的分支，以及固定电阻41(电阻值R1)和固定电阻42(电阻值R2)被串联连接而成的分支，相对于基准电压产生电路32并联连接而构成。

[0035] 在该桥式电路31中，第一压电电阻24a与第二压电电阻24b的连接点与差动放大电路33的反相输入端子连接，固定电阻41、42彼此的连接点与差动放大电路33的同相输入端子连接。

[0036] 基准电压产生电路32对桥式电路31施加既定的基准电压Vcc。

[0037] 差动放大电路33检测桥式电路31的2个固定电阻41、42彼此的连接点与第一压电电阻24a和第二压电电阻24b的连接点之间的电位差，以既定增益将该电位差放大并输出。

[0038] 该电位差成为与第一压电电阻24a的电阻值RP1与第二压电电阻24b的电阻值RP2的差值(RP1-RP2)、即第一压力变动传感器(P1)11a的输出与第二压力变动传感器(P2)11b的输出的差值相应的值。

[0039] 第一压力变动传感器(P1)11a与第二压力变动传感器(P2)11b例如如图5所示，在压力传递路径上串联(2级)排列，第一压力变动传感器(P1)11a的腔21的内部经由第一压力变动传感器(P1)11a的间隙23与外部连通。

[0040] 而且，第二压力变动传感器(P2)11b的腔21的内部依次经由第二压力变动传感器(P2)11b的间隙23、第一压力变动传感器(P1)11a的腔21的内部和第一压力变动传感器(P1)11a的间隙23与外部连通。

[0041] 即，第二压力变动传感器(P2)11b的间隙23使第一压力变动传感器(P1)11a和第二压力变动传感器(P2)11b的相互的腔21的内部连通。

[0042] 第一压力变动传感器(P1)11a的腔21例如由以下部分形成：筒状部51；第一压力变动传感器(P1)11a的悬臂22，配置在筒状部51的延伸方向的一个开口端51a；以及第二压力变动传感器(P2)11b的悬臂22，配置在筒状部51的延伸方向的另一个开口端51b。

[0043] 另外，第二压力变动传感器(P2)11b的腔21例如由有底筒状部52以及配置在有底筒状部52的开口端52a的第二压力变动传感器(P2)11b的悬臂22形成。

[0044] 而且，第一压力变动传感器(P1)11a的悬臂22根据压力传感器10的外部(即，第一压力变动传感器(P1)11a和第二压力变动传感器(P2)11b的各腔21的外部)与第一压力变动传感器(P1)11a的腔21的内部的压力差而弯曲变形。

[0045] 另外，第二压力变动传感器(P2)11b的悬臂22根据第一压力变动传感器(P1)11a的腔21的内部与第二压力变动传感器(P2)11b的腔21的内部的压力差而弯曲变形。

[0046] 第一压力变动传感器(P1)11a与第二压力变动传感器(P2)11b例如通过使相互的间隙23的距离G和相互的腔21的容量V相同，从而作为在实效上相同的频率特性，例如具有像同一截止频率fc等那样的、灵敏度为既定值以上的同一下限频率ft。

[0047] 此外，在实效上相同的频率特性是指，在直接与外部连通的第一压力变动传感器(P1)11a与间接与外部连通的第二压力变动传感器(P2)11b之间，即使例如像具有同一下限频率ft的情况那样灵敏度的频率特性相同，有的情况下相位差等其他参数的频率特性也不同。

[0048] 由此，腔21的内部经由间隙23而直接与外部连通的第一压力变动传感器(P1)11a的灵敏度例如如图6(A)所示，相对于比下限频率ft低的频带的压力变动，随着频率的下降呈下降倾向变化；相对于比下限频率ft高的频带的压力变动，随着频率的增大以从既定值向上限值饱和的方式呈增大倾向变化。

[0049] 与之相对，腔21的内部经由第一压力变动传感器(P1)11a而间接与外部连通的第二压力变动传感器(P2)11b的灵敏度例如如图6(A)所示，相对于比下限频率ft低的频带的压力变动，第一压力变动传感器(P1)11a同样随着频率的下降呈下降倾向变化；相对于比下限频率ft高的频带的压力变动，随着频率的增大在示出适当的极大后呈下降倾向变化。

[0050] 由此，第一压力变动传感器(P1)11a的输出与第二压力变动传感器(P2)11b的输出的差值例如如图6(B)所示，将比同一下限频率ft低的频带的输出抵消。

[0051] 所以，压力传感器10具有比第一压力变动传感器(P1)11a陡峭的截止特性的灵敏度地进行工作。

[0052] 输出电路34例如包括低通滤波器等，对从差动放大电路33输出的信号进行既定的滤波处理，输出处理后的信号。

[0053] 如上所述，根据本实施方式所涉及的压力传感器10，由于具有在实效上相同的频率特性的2个压力变动传感器11(第一压力变动传感器(P1)11a和第二压力变动传感器(P2)11b)在压力传递路径上串联(2级)排列，因此相对于低频带的振动，2个压力变动传感器11具有同一灵敏度，与之相对，相对于高频带的振动，与第一压力变动传感器(P1)11a的灵敏度相比第二压力变动传感器(P2)11b的灵敏度变低。

[0054] 所以，通过检测第一压力变动传感器(P1)11a与第二压力变动传感器(P2)11b的输出的差值，能够抵消小于期望下限频率的频带的压力变动，能够使压力传感器10具有比第一压力变动传感器(P1)11a陡峭的截止特性的灵敏度地进行工作。

[0055] 由此，能够防止由于期望的频带以外的其他频带的压力变动，从而相对于期望的频带的压力变动的噪声(noise)增大，能够防止在初级的放大电路等中信号饱和。

[0056] 而且，能够利用2个压力变动传感器11的输出的差值，抵消在各第一压力变动传感器(P1)11a和第二压力变动传感器(P2)11b产生的温度特性所导致的检测误差和扰动所导致的振动等，能够提高压力变动的检测精度。

[0057] 此外，在上述的实施方式中，例如也可以如图7所示的第一变形例，第一压力变动传感器(P1)11a的腔21例如由以下部分形成：第一有底筒状部63，具有第一开口部61和第二开口部62两个开口部；第一压力变动传感器(P1)11a的悬臂22，配置在第一开口部61的开口端61a；以及第二压力变动传感器(P2)11b的悬臂22，配置在第二开口部62的开口端62a。

[0058] 该第一变形例中，第二压力变动传感器(P2)11b的腔21例如由第二有底筒状部64以及配置在第二有底筒状部64的开口端64a的第二压力变动传感器(P2)11b的悬臂22形成。

[0059] 根据该第一变形例，能够容易地制造压力传感器10。

[0060] 此外，在上述的实施方式和第一变形例中，例如也可以如图8所示的第二变形例和图9所示的第三变形例，关于第一压力变动传感器(P1)11a与第二压力变动传感器(P2)11b，通过使第一压力变动传感器(P1)11a的间隙23的距离G1比第二压力变动传感器(P2)11b的间隙23的距离G2小，使第一压力变动传感器(P1)11a的腔21的容量V1比第二压力变动传感器(P2)11b的腔21的容量V2大，从而可以作为在实效上相同的频率特性，例如具有像同一截止频率fc等那样的、灵敏度为既定值以上的同一下限频率ft。

[0061] 此外，在上述的实施方式中，压力传感器10包括具有在实效上相同的频率特性的2个压力变动传感器11，但不限于此，例如也可以将包含3个以上的至少多个压力变动传感器11排列为多级，通过基于这些压力变动传感器11的输出，累积地检测差值，使压力传感器10进一步具有陡峭的截止特性的灵敏度地进行工作。

[0062] 此外，在上述的实施方式中，压力变动传感器11具有与腔21的容量V或者间隙23的距离G相应的固有的频率特性，但不限于此，也可以与其他参数、例如腔21的形状和间隙23的形状及位置等相应地具有固有的频率特性。