[发明专利]基于MEMS的二维压阻式微力传感器

说明书

技术领域

本发明涉及一种微力传感器。

背景技术

当前纳米技术已成功用于许多领域，包括医学、药学、化学及生物检测、制造业、光学以及国防等等，纳米操作技术是纳米技术的基础，随着纳米技术的快速发展，越来越多的应用领域需要多维高分辨率的微力传感器。目前纳米操作领域中应用的传感器多为一维高分辨率传感器，主要形式有压阻式、电容式、光学式等，这类传感器主要用来完成操作工具与基底之间的接触检测。在纳米操作过程中，为了提高工作效率、保护操作工具，不仅需要检测操作工具与基底之间接触力，同时还需要检测操作工具与操作对象之间作用力。一维高分辨率微力传感难以完成这一任务。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于MEMS的二维压阻式微力传感器，以解决目前一维微力传感器无法同时检测操作工具与基底之间接触力及操作工具与操作对象之间作用力的问题。

本发明为解决上述技术问题采取的技术方案是：所述传感器包括固定支架、检测直梁、外伸梁、锚点、二个半折叠梁、二个第一压阻和二个第二压阻，固定支架为矩形框架且固定支架的一对平行边框中的一个上开有第二通孔，检测直梁和二个半折叠梁均设在固定支架内，检测直梁的两端与固定支架固接且平行于开有第二通孔的边框，检测直梁侧壁的两端各设一个第一压阻，每个半折叠梁由第一直梁、第二直梁和桁架构成，第一直梁的一端与桁架的一端连接且二者垂直设置，桁架的另一端与第二直梁的一端连接且第一直梁和第二直梁平行设置，二个半折叠梁沿外伸梁的中心轴线对称设置且第一直梁的另一端与外伸梁连接，第二直梁的长度小于第一直梁的长度，二个第二直梁之间形成第一通孔，第二直梁的另一端通过相对应的锚点与开有第二通孔的边框连接，外伸梁的一端与检测直梁中部的侧壁连接且二者垂直设置，外伸梁的另一端作为自由端穿过第一直梁、第一通孔和第二通孔设在固定支架的外部，检测直梁、外伸梁和二个半折叠梁连接制成一体，外伸梁沿其长度方向开有应力方孔，应力方孔的一端位于第一直梁和外伸梁连接处，应力方孔的另一端靠近外伸梁的自由端，外伸梁上表面设有两个第二压阻，每个第二压阻位于应力方孔的孔壁与外伸梁的外侧壁之间，第二压阻的内侧壁与应力方孔的孔壁之间相距3-5微米。

本发明具有以下有益效果：本发明将能够实现二维(X轴与Z轴方向)力检测的敏感压阻集成到一个结构中，使传感器结构更为紧凑，便于安装调试。本发明的基于MEMS的二维微力传感器结构，具有高结构灵敏度、高频响(可达几十kHz)、高可靠性、体积小、抗干扰能力等优点，可实现(X轴和Z轴方向)二维力同时检测，本发明的MEMS的二维微力传感器装置可以实现(X、Y和Z轴方向)三维力的硬件解耦，可以有效提高装置力检测的分辨率。

本发明的基于MEMS的二维微力传感器结构具有结构简单、易于加工、体积小、结构灵敏高、硬件解耦、能够同时实现二维力检测的优点。

附图说明

图1是本发明整体结构示意图。

具体实施方式

具体实施方式一：结合图1说明本实施方式，本实施方式的所述传感器包括固定支架1、检测直梁2、外伸梁3、锚点7、二个半折叠梁4、二个第一压阻5和二个第二压阻6，固定支架1为矩形框架且固定支架1的一对平行边框中的一个上开有第二通孔1-1，检测直梁2和二个半折叠梁4均设在固定支架1内，检测直梁2的两端与固定支架1固接且平行于开有第二通孔1-1的边框，检测直梁2侧壁的两端各设一个第一压阻5，每个半折叠梁4由第一直梁4-1、第二直梁4-2和桁架4-3构成，第一直梁4-1的一端与桁架4-3的一端连接且二者垂直设置，桁架4-3的另一端与第二直梁4-2的一端连接且第一直梁4-1和第二直梁4-2平行设置，二个半折叠梁4沿外伸梁3的中心轴线对称设置且第一直梁4-1的另一端与外伸梁3连接，第二直梁4-2的长度小于第一直梁4-1的长度，二个第二直梁4-2之间形成第一通孔4-4，第二直梁4-2的另一端通过相对应的锚点7与开有第二通孔1-1的边框连接，外伸梁3的一端与检测直梁2中部的侧壁连接且二者垂直设置，外伸梁3的另一端作为自由端穿过第一直梁4-1、第一通孔4-4和第二通孔1-1设在固定支架1的外部，检测直梁2、外伸梁3和二个半折叠梁4连接制成一体，外伸梁3沿其长度方向开有应力方孔3-1，应力方孔3-1的一端位于第一直梁4-1和外伸梁3连接处，应力方孔3-1的另一端靠近外伸梁3的自由端，外伸梁3上表面设有两个第二压阻6，每个第二压阻6位于应力方孔3-1的孔壁与外伸梁3的外侧壁之间，第二压阻6的内侧壁与应力方孔3-1的孔壁之间相距3-5微米。