[發明專利]一種基于內共振鎖頻的MEMS諧振式傳感器

在審

• 申請號: 202111483360.8
• 申請日: 2021-12-07
• 公開（公告）號: CN114184215A
• 公開（公告）日: 2022-03-15
• 發明（設計）人: 肖尊浩;施展;宦榮華;浦東;王雪峰;韋學勇
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: G01D5/24
• 分類號: G01D5/24;H03H9/24;H03H9/125
• 代理公司: 杭州廣奧專利代理事務所(特殊普通合伙) 33334
• 代理人: 吳昊

1.一種基于內共振鎖頻的MEMS諧振式傳感器，其特征在于包括低頻諧振器模塊、高頻諧振器模塊、耦合梁模塊、低頻激勵模塊和高頻激勵模塊，所述低頻諧振器模塊通過低頻諧振梁與低頻激勵模塊連接，所述的低頻激勵模塊能產生激勵并通過功率放大器檢測低頻諧振梁的運動；所述高頻諧振器模塊通過高頻諧振梁與高頻激勵模塊連接，所述的高頻激勵模塊能產生激勵并通過功率放大器檢測高頻諧振梁的運動；所述耦合梁模塊連接低頻諧振器模塊和高頻諧振器模塊。

2.根據權利要求1所述的一種基于內共振鎖頻的MEMS諧振式傳感器，其特征在于所述的耦合梁模塊通過耦合梁機械連接低頻諧振梁和高頻諧振梁。

3.根據權利要求1或2所述的一種基于內共振鎖頻的MEMS諧振式傳感器，其特征在于所述的低頻激勵模塊包括低頻諧振器第一激勵模塊和低頻諧振器第二激勵模塊，所述的低頻諧振器第一激勵模塊輸入直流電與交流電的混合信號，為低頻諧振器模塊的第一受激電容板提供激振力，所述的低頻諧振器第二激勵模塊外接鎖相放大器，檢測第一受激電容板的電信號，得到低頻諧振梁的運動狀態。

4.根據權利要求3所述的一種基于內共振鎖頻的MEMS諧振式傳感器，其特征在于所述的高頻激勵模塊包括高頻諧振器第一激勵模塊和高頻諧振器第二激勵模塊，所述的高頻諧振器第一激勵模塊輸入直流電與交流電的混合信號，為高頻諧振器模塊的第二受激電容板提供激振力，所述的高頻諧振器第二激勵模塊外接鎖相放大器，檢測第二受激電容板的電信號，得到高頻諧振梁的運動狀態。

5.根據權利要求4所述的一種基于內共振鎖頻的MEMS諧振式傳感器，其特征在于所述的低頻諧振器模塊還包括設置在低頻諧振梁兩側的第一固支錨點和第二固支錨點；第一固支錨點和第二固支錨點與硅基底連接，第一固支錨點上均勻濺射有第一金屬電極層，第二固支錨點上均勻濺射有第二金屬電極層；第一受激電容板設置在低頻諧振梁與低頻諧振器第一激勵模塊和低頻諧振器第二激勵模塊之間；

所述的高頻諧振器模塊還包括設置在高頻諧振梁兩側的第三固支錨點和第四固支錨點；第三固支錨點和第四固支錨點與硅基底連接，第三固支錨點上均勻濺射有第三金屬電極層，第四固支錨點上均勻濺射有第四金屬電極層；第二受激電容板設置在高頻諧振梁與高頻諧振器第一激勵模塊和高頻諧振器第二激勵模塊之間。

6.根據權利要求5所述的一種基于內共振鎖頻的MEMS諧振式傳感器，其特征在于所述的低頻諧振器第一激勵模塊包括低頻諧振器第一激勵電極，低頻諧振器第一激勵錨點和濺射在其上的第五金屬電極層；低頻諧振器第一激勵電極板與低頻諧振器第一激勵錨點相連；低頻諧振器第二激勵模塊包括低頻諧振器第二激勵電極板，低頻諧振器第二激勵錨點和濺射其上的第六金屬電極層；低頻諧振器第二激勵電極板與低頻諧振器第二激勵錨點相連；

高頻諧振器第一激勵模塊包括高頻諧振器第一激勵電極，高頻諧振器第一激勵錨點和濺射在其上的第七金屬電極層；高頻諧振器第一激勵電極板與高頻諧振器第一激勵錨點相連；高頻諧振器第二激勵模塊包括高頻諧振器第二激勵電極板，高頻諧振器第二激勵錨點和濺射其上的第八金屬電極層；高頻諧振器第二激勵電極板與高頻諧振器第二激勵錨點相連。

7.根據權利要求6所述的一種基于內共振鎖頻的MEMS諧振式傳感器，其特征在于所述低頻諧振梁、第一受激電極板、低頻諧振器第一激勵電極板和低頻諧振器第二激勵電極板下方均鏤空，低頻諧振梁懸空于硅基器件上并由第一固支錨點、第二固支錨點提供支撐；第一固支錨點、第二固支錨點、低頻諧振器第一激勵錨點和低頻諧振器第二激勵錨點均與結構基底相連，第一固支錨點、第二固支錨點、低頻諧振器第一激勵錨點和低頻諧振器第二激勵錨點均為正方形結構，邊長范圍是100～300μm；

所述的高頻諧振梁、第二受激電極板和高頻諧振器第一激勵電極板和高頻諧振器第二激勵電極板下方均鏤空，高頻諧振梁懸空于硅基器件上并由第三固支錨點、第四固支錨點提供支撐；第三固支錨點、第四固支錨點、第一激勵錨點和第二激勵錨點均與結構基底相連，第三固支錨點、第四固支錨點、第一激勵錨點和第二激勵錨點均為正方形結構，正方形結構的邊長為100～300μm。