[發明專利]基于MEMS的二維壓阻式微力傳感器

有效

• 申請號: 201210589604.5
• 申請日: 2012-12-31
• 公開（公告）號: CN103033296A
• 公開（公告）日: 2013-04-10
• 發明（設計）人: 榮偉彬;周杰;李東潔;王樂鋒;張世忠
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: G01L1/18
• 分類號: G01L1/18
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所 23109
• 代理人: 高媛

技術領域

本發明涉及一種微力傳感器。

背景技術

當前納米技術已成功用于許多領域，包括醫學、藥學、化學及生物檢測、制造業、光學以及國防等等，納米操作技術是納米技術的基礎，隨著納米技術的快速發展，越來越多的應用領域需要多維高分辨率的微力傳感器。目前納米操作領域中應用的傳感器多為一維高分辨率傳感器，主要形式有壓阻式、電容式、光學式等，這類傳感器主要用來完成操作工具與基底之間的接觸檢測。在納米操作過程中，為了提高工作效率、保護操作工具，不僅需要檢測操作工具與基底之間接觸力，同時還需要檢測操作工具與操作對象之間作用力。一維高分辨率微力傳感難以完成這一任務。

發明內容

本發明的目的是提供一種基于MEMS的二維壓阻式微力傳感器，以解決目前一維微力傳感器無法同時檢測操作工具與基底之間接觸力及操作工具與操作對象之間作用力的問題。

本發明為解決上述技術問題采取的技術方案是：所述傳感器包括固定支架、檢測直梁、外伸梁、錨點、二個半折疊梁、二個第一壓阻和二個第二壓阻，固定支架為矩形框架且固定支架的一對平行邊框中的一個上開有第二通孔，檢測直梁和二個半折疊梁均設在固定支架內，檢測直梁的兩端與固定支架固接且平行于開有第二通孔的邊框，檢測直梁側壁的兩端各設一個第一壓阻，每個半折疊梁由第一直梁、第二直梁和桁架構成，第一直梁的一端與桁架的一端連接且二者垂直設置，桁架的另一端與第二直梁的一端連接且第一直梁和第二直梁平行設置，二個半折疊梁沿外伸梁的中心軸線對稱設置且第一直梁的另一端與外伸梁連接，第二直梁的長度小于第一直梁的長度，二個第二直梁之間形成第一通孔，第二直梁的另一端通過相對應的錨點與開有第二通孔的邊框連接，外伸梁的一端與檢測直梁中部的側壁連接且二者垂直設置，外伸梁的另一端作為自由端穿過第一直梁、第一通孔和第二通孔設在固定支架的外部，檢測直梁、外伸梁和二個半折疊梁連接制成一體，外伸梁沿其長度方向開有應力方孔，應力方孔的一端位于第一直梁和外伸梁連接處，應力方孔的另一端靠近外伸梁的自由端，外伸梁上表面設有兩個第二壓阻，每個第二壓阻位于應力方孔的孔壁與外伸梁的外側壁之間，第二壓阻的內側壁與應力方孔的孔壁之間相距3-5微米。

本發明具有以下有益效果：本發明將能夠實現二維(X軸與Z軸方向)力檢測的敏感壓阻集成到一個結構中，使傳感器結構更為緊湊，便于安裝調試。本發明的基于MEMS的二維微力傳感器結構，具有高結構靈敏度、高頻響(可達幾十kHz)、高可靠性、體積小、抗干擾能力等優點，可實現(X軸和Z軸方向)二維力同時檢測，本發明的MEMS的二維微力傳感器裝置可以實現(X、Y和Z軸方向)三維力的硬件解耦，可以有效提高裝置力檢測的分辨率。

本發明的基于MEMS的二維微力傳感器結構具有結構簡單、易于加工、體積小、結構靈敏高、硬件解耦、能夠同時實現二維力檢測的優點。

附圖說明

圖1是本發明整體結構示意圖。

具體實施方式

具體實施方式一：結合圖1說明本實施方式，本實施方式的所述傳感器包括固定支架1、檢測直梁2、外伸梁3、錨點7、二個半折疊梁4、二個第一壓阻5和二個第二壓阻6，固定支架1為矩形框架且固定支架1的一對平行邊框中的一個上開有第二通孔1-1，檢測直梁2和二個半折疊梁4均設在固定支架1內，檢測直梁2的兩端與固定支架1固接且平行于開有第二通孔1-1的邊框，檢測直梁2側壁的兩端各設一個第一壓阻5，每個半折疊梁4由第一直梁4-1、第二直梁4-2和桁架4-3構成，第一直梁4-1的一端與桁架4-3的一端連接且二者垂直設置，桁架4-3的另一端與第二直梁4-2的一端連接且第一直梁4-1和第二直梁4-2平行設置，二個半折疊梁4沿外伸梁3的中心軸線對稱設置且第一直梁4-1的另一端與外伸梁3連接，第二直梁4-2的長度小于第一直梁4-1的長度，二個第二直梁4-2之間形成第一通孔4-4，第二直梁4-2的另一端通過相對應的錨點7與開有第二通孔1-1的邊框連接，外伸梁3的一端與檢測直梁2中部的側壁連接且二者垂直設置，外伸梁3的另一端作為自由端穿過第一直梁4-1、第一通孔4-4和第二通孔1-1設在固定支架1的外部，檢測直梁2、外伸梁3和二個半折疊梁4連接制成一體，外伸梁3沿其長度方向開有應力方孔3-1，應力方孔3-1的一端位于第一直梁4-1和外伸梁3連接處，應力方孔3-1的另一端靠近外伸梁3的自由端，外伸梁3上表面設有兩個第二壓阻6，每個第二壓阻6位于應力方孔3-1的孔壁與外伸梁3的外側壁之間，第二壓阻6的內側壁與應力方孔3-1的孔壁之間相距3-5微米。