[發明專利]兩級杠桿放大的諧振式仿生毛發流速、加速度微傳感器

有效

• 申請號: 201710747280.6
• 申請日: 2017-08-28
• 公開（公告）號: CN107655465B
• 公開（公告）日: 2020-08-14
• 發明（設計）人: 楊波;陸城富;王斌龍;郭鑫;胡迪
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: G01C19/5621
• 分類號: G01C19/5621;G01P5/00;G01P15/097
• 代理公司: 南京眾聯專利代理有限公司 32206
• 代理人: 蔣昱

1.兩級杠桿放大的諧振式仿生毛發流速、加速度微傳感器，包括上層毛發結構，中層硅微傳感器結構以及下層玻璃襯底和信號引線，其特征在于：所述上層毛發結構底部固定在中層硅微傳感器結構上，所述中層硅微傳感器結構鍵合在下層玻璃襯底上，所述中層硅微傳感器結構具體由底座質量塊，旋轉中心，四組擺動抑制結構，兩個杠桿機構，兩個雙端固定音叉諧振器子結構組成，毛發位于底座質量塊上端平面處，所述旋轉中心由八根L型彈性梁和中心錨點組成，所述L型彈性梁的一端與底座質量塊相連，另一端與中心錨點相連，所述四組擺動抑制結構布置在底座質量塊右上，左上，左下，右下四個頂點處，四組擺動抑制結構分別為第一擺動抑制結構、第二擺動抑制結構、第三擺動抑制結構和第四擺動抑制結構，所述擺動抑制結構由兩根U型擺動抑制彈性梁和一個固定錨點組成，U型擺動抑制彈性梁的一端與底座質量塊相連，另一端與固定錨點相連，旋轉中心位于底座質量塊下端底部，四組擺動抑制結構分別布置在底座質量塊右上，左上，左下，右下四個頂點處，所述底座質量塊內部放置左右對稱的兩個杠桿機構及兩個雙端固定音叉諧振器子結構，所述底座質量塊下端設置一根底座輸出端短直梁，所述底座質量塊通過底座輸出端短直梁與兩個杠桿機構相連，兩個杠桿機構分別與兩個雙端固定音叉諧振器子結構相連，所述中層硅微傳感器結構包含兩級杠桿力放大機構，所述上層毛發，底座質量塊，旋轉中心和底座輸出端短直梁構成第一級杠桿力放大機構，兩個杠桿機構為第二級杠桿力放大機構，兩個雙端固定音叉諧振器子結構在受到兩級杠桿力放大機構放大的力之后，其諧振器固有頻率發生改變。

2.根據權利要求1所述的兩級杠桿放大的諧振式仿生毛發流速、加速度微傳感器，其特征在于：所述上層毛發結構通過加工工藝直接加工或采用組裝工藝粘合在硅微傳感器結構上。

3.根據權利要求1所述的兩級杠桿放大的諧振式仿生毛發流速、加速度微傳感器，其特征在于：所述中層硅微傳感器結構底座質量塊內部放置左右對稱的兩個杠桿機構，兩個杠桿機構分別為第一杠桿機構和第二杠桿機構，所述杠桿機構包括杠桿主體橫梁，輸入端直梁，支點錨點和兩個短直梁分別為短直梁一和短直梁二，所述杠桿主體橫梁通過輸入端直梁和底座輸出端短直梁連接；通過短直梁一與固定在玻璃襯底上的支點錨點相連，通過短直梁二與輸出端雙端固定音叉諧振器的一端直梁相連接。

4.根據權利要求1所述的兩級杠桿放大的諧振式仿生毛發流速、加速度微傳感器，其特征在于：所述中層硅微傳感器結構底座質量塊內部放置左右對稱的兩個雙端固定音叉諧振器子結構，且兩個雙端固定音叉諧振器子結構分別與兩個杠桿機構相連，兩個雙端固定音叉諧振器子結構分別為第一雙端固定音叉諧振器子結構和第二雙端固定音叉諧振器子結構，所述雙端固定音叉諧振器子結構由兩根平行的音叉諧振梁，兩根連接音叉諧振梁的直梁，梳齒架一，梳齒架二，活動梳齒，短直梁，固定梳齒和固定錨點構成，兩個梳齒架分別設于兩根音叉梁的外側，所述活動梳齒設于兩個梳齒架上，并且在梳齒架兩側對稱間隔分布，所述固定梳齒包括3個驅動固定梳齒和3個驅動反饋固定梳齒，3個驅動固定梳齒分別通過對應固定錨點鍵合在玻璃襯底上，且在梳齒架一外側、梳齒架二內側與活動梳齒對插，形成驅動機構，3個驅動反饋固定梳齒分別通過對應固定錨點鍵合在玻璃襯底上，且在梳齒架一內側、梳齒架二外側與活動梳齒對插，組成驅動反饋機構，所述短直梁連接直梁和對應固定錨點。

5.根據權利要求1所述的兩級杠桿放大的諧振式仿生毛發流速、加速度微傳感器，其特征在于：所述玻璃襯底包括電極，硅-玻璃鍵合點和信號引線，所述電極包括公共地電極，載波輸入電極，驅動輸入電極，驅動反饋輸出電極，所述硅-玻璃鍵合點通過信號引線與對應電極相連接。

6.根據權利要求1所述的兩級杠桿放大的諧振式仿生毛發流速、加速度微傳感器，其特征在于：所述雙端固定音叉諧振器的驅動和驅動反饋結構分別采用梳齒式電容驅動和梳齒式電容檢測方式。