[發(fā)明專利]彎曲壓電式氧化鋅納米棒微電機(jī)(MEMS)振動(dòng)傳感器

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200710097874.3
• 申請(qǐng)日: 2007-04-23
• 公開（公告）號(hào): CN101294844A
• 公開（公告）日: 2008-10-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 萬(wàn)里兮
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 萬(wàn)里兮
• 主分類號(hào): G01H11/08
• 分類號(hào): G01H11/08;B81B7/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明是將氧化鋅納米棒陣列與微電機(jī)結(jié)構(gòu)相結(jié)合，利用氧化鋅納米棒受力彎曲變形所產(chǎn)生壓電效應(yīng)，將振動(dòng)機(jī)械能轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，達(dá)到振動(dòng)傳感的目的。

背景技術(shù)

振動(dòng)傳感器被廣泛地用于工業(yè)，國(guó)防，和日常生活中。它的基本工作原理是：在外力作用下，一個(gè)裝置中的機(jī)械結(jié)構(gòu)中的某一部份和其他部份產(chǎn)生相對(duì)慣性運(yùn)動(dòng)，瞬態(tài)改變?cè)摬糠輽C(jī)械結(jié)構(gòu)的相對(duì)位置，再利用電磁場(chǎng)或壓電材料特性將機(jī)械位移轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，從而獲得振動(dòng)信息。目前實(shí)用的振動(dòng)傳感器大致為三種：電磁式、壓電式和電容式。它們可以用一般的機(jī)械結(jié)構(gòu)，也可以用微電機(jī)結(jié)構(gòu)(MEMS)來實(shí)現(xiàn)。隨著技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)在的傳感器已經(jīng)越來越不能滿足需要。這是因?yàn)楝F(xiàn)在的振動(dòng)傳感器存在許多缺點(diǎn)：

·體積大電磁式有磁體、線圈、支撐結(jié)構(gòu)，很難作得很小。

·壓電陶瓷的“學(xué)習(xí)”特性，其工作壽命短。壓電晶體雖然很穩(wěn)定，但是它的敏感度比壓電陶瓷要低得多。

·壓電陶瓷的內(nèi)阻很高，一般在GΩ以上。電流很小，必須用電荷放大器和限幅放大器。因此電路復(fù)雜，價(jià)格高；

·傳統(tǒng)振動(dòng)傳感器一般需要較大的偏置電流，耗電大。

·由于熱電效應(yīng)，即使有良好的隔熱封裝，壓電陶瓷的熱穩(wěn)定性仍然不理想。

·電磁式振動(dòng)傳感器的電磁抗干擾力差；

一般來說，壓電陶瓷振動(dòng)傳感器要比電磁式振動(dòng)傳感器好。因此現(xiàn)代應(yīng)用大多傾向?yàn)閴弘娛健＠碚撋希瑝弘娋w的穩(wěn)定性比壓電陶瓷好得多，但壓電晶體的敏感度要比壓電陶瓷低得多，并且噪聲也要高。最近幾年出現(xiàn)的氧化鋅納米棒具有非常突出的壓電特性。科學(xué)研究發(fā)現(xiàn)，在一根直徑只有幾十納米，長(zhǎng)度為幾微米的氧化鋅納米棒的壓電電壓輸出可在5至50毫伏之間，而它的內(nèi)阻卻只有幾十到幾百kΩ，比壓電陶瓷要低上千倍到萬(wàn)倍。這是因?yàn)闊o論是用真空氣象法或是液象法所生成的納米材料具有非常均勻整齊對(duì)稱的晶格排列。無論是機(jī)械穩(wěn)定性，化學(xué)穩(wěn)定性還是電穩(wěn)定性納米材料都比陶瓷材料要好得多。電磁式、壓電式和納米傳感器的優(yōu)缺點(diǎn)列于表1中。

表1電磁振動(dòng)傳感器，壓電振動(dòng)傳感器和納米振動(dòng)傳感器比較

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性能參數(shù)電磁式壓電式納米壓電式頻率平滑20～1500Hz是是-頻率平滑2～5000Hz不是-相位一致性2～5000Hz不好優(yōu)優(yōu)低離軸敏感度不好好優(yōu)高頻噪聲低高極低線性度好好優(yōu)任意指向安裝不是是工作到120℃是是是機(jī)械壽命一般優(yōu)優(yōu)附加電路一般復(fù)雜簡(jiǎn)單體積大一般極小耗電大中無或極小抗電磁干擾低優(yōu)優(yōu)