[发明专利]一种线型微纳材料扭转性能测量用MEMS谐振式扭矩传感器

权利要求书

1.一种线型微纳材料扭转性能测量用MEMS谐振式扭矩传感器，包括单晶硅基底(1)，单晶硅基底(1)上生长一层二氧化硅绝缘层(2)，二氧化硅绝缘层(2)上设有单晶硅结构层(3)，其特征在于：

单晶硅结构层(3)包括两个相对的“Z”字形微放大梁，每个“Z”字形微放大梁包括输入梁(10-1)、杠杆梁(10-2)、支点梁(10-3)和输出梁(10-4)，杠杆梁(10-2)顶部与输入梁(10-1)连接，杠杆梁(10-2)底部与输出梁(10-4)的一端连接，杠杆梁(10-2)中下部与支点梁(10-3)的一端连接，输入梁(10-1)通过连接梁(11)固定于第四锚点(12-4)上，两个相对的输入梁(10-1)上刻蚀出孔，两个孔共同组成键槽(16)并安装有键(17)，键(17)安装有待测线型微纳材料(17-1)，支点梁(10-3)的另一端与两个杠杆梁(10-2)之间的第五锚点(12-5)连接；

输出梁(10-4)的另一端和双端固定谐振音叉(13)的底部连接，双端固定谐振音叉(13)的顶部与第三锚点(12-3)连接，双端固定谐振音叉(13)由两根竖长谐振梁构成，双端固定谐振音叉(13)的两侧分别设置有第一平板电容组(14-1)和第二平板电容组(14-2)，第一平板电容组(14-1)的另一侧固定于第一锚点(12-1)上，第二平板电容组(14-2)的另一侧固定于第二锚点(12-2)上；

除了所述锚点以外，其余结构下方的二氧化硅绝缘层(2)和单晶硅基底(1)都被刻蚀掉，即都处于悬空状态；在第一锚点(12-1)、第二锚点(12-2)、第三锚点(12-3)上设有溅射的金属电极板，分别为第一金属电极板(15-1)、第二金属电极板(15-2)和第三金属电极板(15-3)；

第三金属电极板(15-3)和直流电源连接，第一金属电极板(15-1)依次通过放大器(18-1)、带通滤波器(18-2)、移相电路(18-3)、比较器(18-4)、增益调节电路(18-5)和第二金属电极板(15-2)连接，放大器(18-1)、带通滤波器(18-2)、移相电路(18-3)、比较器(18-4)和增益调节电路(18-5)形成自激振荡电路，比较器(18-4)的输出还连接有频率测量装置(18-6)。

2.根据权利要求1所述的一种线型微纳材料扭转性能测量用MEMS谐振式扭矩传感器，其特征在于：所述的杠杆梁(10-2)长度范围为500um-1500um，支点梁(10-3)到输入梁(10-1)的距离与其到输出梁(10-4)的距离比值范围达10-100倍。

3.根据权利要求1所述的一种线型微纳材料扭转性能测量用MEMS谐振式扭矩传感器，其特征在于：所述的双端固定谐振音叉(13)长度范围为100um-300um，双端固定谐振音叉(13)的谐振梁宽度范围为2um-5um，每一平板电容组中的两个电容平板都静电耦合，平板电容的长度范围为70um-150um。

4.根据权利要求1所述的一种线型微纳材料扭转性能测量用MEMS谐振式扭矩传感器，其特征在于：所述的第一锚点(12-1)、第二锚点(12-2)、第三锚点(12-3)、第四锚点(12-4)都为正方形，其边长范围为180um-600um，第五锚点(12-5)为长方形，其长度范围为250um-1500um，宽度范围为180um-600um，金属电极板都为略小于锚点的正方形，边长范围为150um-250um。

5.根据权利要求1所述的一种线型微纳材料扭转性能测量用MEMS谐振式扭矩传感器，其特征在于：所述的键(17)外形为圆柱体，键(17)的底部设有与键槽(16)形状相同的凸块(17-2)，键(17)的顶部开圆柱形孔，在应用时与线型微纳材料(17-1)粘接配合，孔的直径与所采用的线型微纳材料(17-1)直径相适应。