[發(fā)明專利]一種內(nèi)共振耦合的電磁感應(yīng)式微機(jī)械磁傳感器及制備方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202310202922.X
• 申請(qǐng)日: 2023-03-03
• 公開（公告）號(hào): CN116243220A
• 公開（公告）日: 2023-06-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 梁亨茂;于俊偉;張俊明;胡振業(yè)
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 華南農(nóng)業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): G01R33/06
• 分類號(hào): G01R33/06;G01R33/028
• 代理公司: 佛山市君創(chuàng)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 44675
• 代理人: 冼柏恩

本發(fā)明公開一種內(nèi)共振耦合的電磁感應(yīng)式微機(jī)械磁傳感器及制備方法，該電磁感應(yīng)式微機(jī)械磁傳感器包括第一諧振結(jié)構(gòu)、第二諧振結(jié)構(gòu)以及兩諧振結(jié)構(gòu)間的耦合梁；本發(fā)明通過(guò)耦合梁將諧振頻率為整數(shù)比的兩個(gè)諧振結(jié)構(gòu)連接形成一個(gè)內(nèi)共振耦合諧振系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠在某一諧振結(jié)構(gòu)達(dá)到諧振非線性后將過(guò)載的非線性能量通過(guò)內(nèi)共振原理傳遞給另一諧振結(jié)構(gòu)并使之諧振，從而通過(guò)兩個(gè)諧振結(jié)構(gòu)的電磁感應(yīng)式磁感信號(hào)輸出的疊合提高磁傳感器性能，突破傳統(tǒng)單一諧振結(jié)構(gòu)型電磁感應(yīng)式磁傳感器難以通過(guò)靜電驅(qū)動(dòng)力的過(guò)載增加提高器件性能的局限性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及磁傳感器及制備方法，具體涉及一種內(nèi)共振耦合的電磁感應(yīng)式微機(jī)械磁傳感器及制備方法。

背景技術(shù)

磁場(chǎng)傳感器是生活中常見(jiàn)的傳感器件，它能夠利用各種物理原理將各種磁信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)輸出，在消費(fèi)、工業(yè)、軍事等方面的應(yīng)用十分廣泛。磁傳感器自誕生以來(lái)，憑借其優(yōu)良的穩(wěn)定性和抗干擾能力，以及能夠進(jìn)行非接觸測(cè)量等優(yōu)良特點(diǎn)，受到了業(yè)內(nèi)廣泛的關(guān)注。20世紀(jì)90年代以來(lái)，微電子機(jī)械的發(fā)展讓磁場(chǎng)傳感器得到了新的發(fā)展，一方面磁場(chǎng)傳感器更加小型化，另一方面MEMS技術(shù)的發(fā)展解決了如何在微小尺度下進(jìn)行磁場(chǎng)測(cè)量的問(wèn)題。并且通過(guò)微加工工藝實(shí)現(xiàn)了一些微機(jī)械磁場(chǎng)傳感器，比如利用磁場(chǎng)的洛倫茲力來(lái)實(shí)現(xiàn)的MEMS磁傳感器。基于洛倫茲力的磁場(chǎng)傳感器，通過(guò)在線圈內(nèi)施加與諧振結(jié)構(gòu)諧振頻率同頻的交流電流，使其在外部磁場(chǎng)作用下受到洛倫茲力的作用，從而使激勵(lì)諧振結(jié)構(gòu)處于諧振狀態(tài)，隨后通過(guò)電容檢測(cè)、壓阻檢測(cè)等方法得出被測(cè)磁場(chǎng)的大小。基于洛倫茲力的磁場(chǎng)傳感器具有體積小，重量輕，成本低，不存在磁滯和磁飽和等優(yōu)點(diǎn)，在傳感器市場(chǎng)具備廣闊的發(fā)展前景。但是，為了獲得較高的靈敏度，就必須增大線圈中的電流，如此一來(lái)便增加了器件的功耗，另外，功耗的增大會(huì)帶來(lái)溫度的升高，從而影響器件穩(wěn)定性。此外，大位移下器件還會(huì)呈現(xiàn)出明顯的非線性。

為了解決以上洛倫茲力磁傳感器出現(xiàn)的問(wèn)題，近來(lái)學(xué)界提出了一種基于電磁感應(yīng)的新型MEMS磁場(chǎng)傳感器。該類器件工作時(shí)通過(guò)閉合線圈的磁通量發(fā)生變化，根據(jù)電磁感應(yīng)定律，線圈兩端會(huì)產(chǎn)生與被測(cè)磁場(chǎng)成正比的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，通過(guò)檢測(cè)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)即可得到被測(cè)磁場(chǎng)的大小。此類傳感器除了具有洛倫茲力傳感器的優(yōu)點(diǎn)外還具有功耗低，線性度好，檢測(cè)電路設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。

電磁感應(yīng)式磁場(chǎng)傳感器的功能實(shí)現(xiàn)需要依賴于諧振結(jié)構(gòu)，而現(xiàn)有的電磁感應(yīng)式磁場(chǎng)傳感器諧振結(jié)構(gòu)都是單諧振結(jié)構(gòu)，例如申請(qǐng)公布號(hào)為CN106443525A的發(fā)明申請(qǐng)公開的一種扭轉(zhuǎn)式微機(jī)械磁場(chǎng)傳感器及其制備方法：由于諧振結(jié)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)力與振幅在低振幅下呈現(xiàn)線性正比關(guān)系，但在大振幅情況下則會(huì)存在非線性現(xiàn)象；也即當(dāng)進(jìn)一步通過(guò)增加靜電驅(qū)動(dòng)力提高磁場(chǎng)傳感器性能時(shí)，傳統(tǒng)的電磁感應(yīng)磁傳感器會(huì)由于其單一的諧振器而容易進(jìn)入諧振非線性的振幅飽和狀態(tài)，因此此種情況的電磁感應(yīng)式磁場(chǎng)傳感器無(wú)法通過(guò)增加驅(qū)動(dòng)力的方式進(jìn)一步改進(jìn)磁場(chǎng)傳感器的性能。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服上述存在的問(wèn)題，提供一種內(nèi)共振耦合的電磁感應(yīng)式微機(jī)械磁傳感器，該微機(jī)械磁傳感器通過(guò)耦合梁將諧振頻率為整數(shù)比(頻率比大于等于2:1)的兩個(gè)諧振結(jié)構(gòu)連接形成一個(gè)內(nèi)共振耦合諧振系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠在某一諧振結(jié)構(gòu)達(dá)到諧振非線性后將過(guò)載的非線性能量通過(guò)內(nèi)共振原理傳遞給另一諧振結(jié)構(gòu)并使之諧振，從而通過(guò)兩個(gè)諧振結(jié)構(gòu)的電磁感應(yīng)式磁場(chǎng)感測(cè)信號(hào)輸出的疊合提高磁傳感器性能，突破傳統(tǒng)單一諧振結(jié)構(gòu)型電磁感應(yīng)式磁傳感器難以通過(guò)靜電驅(qū)動(dòng)力的過(guò)載增加提高器件性能的局限性。

本發(fā)明的另一個(gè)目的提供一種內(nèi)共振耦合的電磁感應(yīng)式微機(jī)械磁傳感器的制備方法。

本發(fā)明的目的通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

一種內(nèi)共振耦合的電磁感應(yīng)式微機(jī)械磁傳感器，包括第一諧振結(jié)構(gòu)組件、第二諧振結(jié)構(gòu)組件以及兩諧振結(jié)構(gòu)間的耦合梁；