[發(fā)明專(zhuān)利]一種線型微納材料扭轉(zhuǎn)性能測(cè)量用MEMS諧振式扭矩傳感器

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201611141574.6
• 申請(qǐng)日: 2016-12-12
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN106525304B
• 公開(kāi)（公告）日: 2018-12-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 韋學(xué)勇;王曙東;翁寅生;任娟;蔣莊德
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 西安交通大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G01L3/04
• 分類(lèi)號(hào): G01L3/04
• 代理公司: 西安智大知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所 61215
• 代理人: 賀建斌

1.一種線型微納材料扭轉(zhuǎn)性能測(cè)量用MEMS諧振式扭矩傳感器，包括單晶硅基底(1)，單晶硅基底(1)上生長(zhǎng)一層二氧化硅絕緣層(2)，二氧化硅絕緣層(2)上設(shè)有單晶硅結(jié)構(gòu)層(3)，其特征在于：

單晶硅結(jié)構(gòu)層(3)包括兩個(gè)相對(duì)的“Z”字形微放大梁，每個(gè)“Z”字形微放大梁包括輸入梁(10-1)、杠桿梁(10-2)、支點(diǎn)梁(10-3)和輸出梁(10-4)，杠桿梁(10-2)頂部與輸入梁(10-1)連接，杠桿梁(10-2)底部與輸出梁(10-4)的一端連接，杠桿梁(10-2)中下部與支點(diǎn)梁(10-3)的一端連接，輸入梁(10-1)通過(guò)連接梁(11)固定于第四錨點(diǎn)(12-4)上，兩個(gè)相對(duì)的輸入梁(10-1)上刻蝕出孔，兩個(gè)孔共同組成鍵槽(16)并安裝有鍵(17)，鍵(17)安裝有待測(cè)線型微納材料(17-1)，支點(diǎn)梁(10-3)的另一端與兩個(gè)杠桿梁(10-2)之間的第五錨點(diǎn)(12-5)連接；

輸出梁(10-4)的另一端和雙端固定諧振音叉(13)的底部連接，雙端固定諧振音叉(13)的頂部與第三錨點(diǎn)(12-3)連接，雙端固定諧振音叉(13)由兩根豎長(zhǎng)諧振梁構(gòu)成，雙端固定諧振音叉(13)的兩側(cè)分別設(shè)置有第一平板電容組(14-1)和第二平板電容組(14-2)，第一平板電容組(14-1)的另一側(cè)固定于第一錨點(diǎn)(12-1)上，第二平板電容組(14-2)的另一側(cè)固定于第二錨點(diǎn)(12-2)上；

除了所述錨點(diǎn)以外，其余結(jié)構(gòu)下方的二氧化硅絕緣層(2)和單晶硅基底(1)都被刻蝕掉，即都處于懸空狀態(tài)；在第一錨點(diǎn)(12-1)、第二錨點(diǎn)(12-2)、第三錨點(diǎn)(12-3)上設(shè)有濺射的金屬電極板，分別為第一金屬電極板(15-1)、第二金屬電極板(15-2)和第三金屬電極板(15-3)；

第三金屬電極板(15-3)和直流電源連接，第一金屬電極板(15-1)依次通過(guò)放大器(18-1)、帶通濾波器(18-2)、移相電路(18-3)、比較器(18-4)、增益調(diào)節(jié)電路(18-5)和第二金屬電極板(15-2)連接，放大器(18-1)、帶通濾波器(18-2)、移相電路(18-3)、比較器(18-4)和增益調(diào)節(jié)電路(18-5)形成自激振蕩電路，比較器(18-4)的輸出還連接有頻率測(cè)量裝置(18-6)。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種線型微納材料扭轉(zhuǎn)性能測(cè)量用MEMS諧振式扭矩傳感器，其特征在于：所述的杠桿梁(10-2)長(zhǎng)度范圍為500um-1500um，支點(diǎn)梁(10-3)到輸入梁(10-1)的距離與其到輸出梁(10-4)的距離比值范圍達(dá)10-100倍。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種線型微納材料扭轉(zhuǎn)性能測(cè)量用MEMS諧振式扭矩傳感器，其特征在于：所述的雙端固定諧振音叉(13)長(zhǎng)度范圍為100um-300um，雙端固定諧振音叉(13)的諧振梁寬度范圍為2um-5um，每一平板電容組中的兩個(gè)電容平板都靜電耦合，平板電容的長(zhǎng)度范圍為70um-150um。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種線型微納材料扭轉(zhuǎn)性能測(cè)量用MEMS諧振式扭矩傳感器，其特征在于：所述的第一錨點(diǎn)(12-1)、第二錨點(diǎn)(12-2)、第三錨點(diǎn)(12-3)、第四錨點(diǎn)(12-4)都為正方形，其邊長(zhǎng)范圍為180um-600um，第五錨點(diǎn)(12-5)為長(zhǎng)方形，其長(zhǎng)度范圍為250um-1500um，寬度范圍為180um-600um，金屬電極板都為略小于錨點(diǎn)的正方形，邊長(zhǎng)范圍為150um-250um。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種線型微納材料扭轉(zhuǎn)性能測(cè)量用MEMS諧振式扭矩傳感器，其特征在于：所述的鍵(17)外形為圓柱體，鍵(17)的底部設(shè)有與鍵槽(16)形狀相同的凸塊(17-2)，鍵(17)的頂部開(kāi)圓柱形孔，在應(yīng)用時(shí)與線型微納材料(17-1)粘接配合，孔的直徑與所采用的線型微納材料(17-1)直徑相適應(yīng)。