[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

摘要

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、二氧化硅绝缘层和单晶硅结构层，单晶硅结构层包括两个“Z”字形微放大梁，其杠杆梁顶部与输入梁连接，杠杆梁底部与输出梁的一端连接，杠杆梁中下部通过支点梁与两个杠杆梁之间的第五锚点连接，输入梁通过连接梁固定于第四锚点上，两个相对的输入梁之间连接的键上安装有待测线型微纳材料，输出梁的另一端和双端固定谐振音叉连接，双端固定谐振音叉与第三锚点连接，双端固定谐振音叉的平板电容组固定于第一、第二锚点上，除锚点外的结构处于悬空状态；通过第一、第二、第三锚点上溅射的金属电极板，整个传感器被置于一个自激振荡电路中，本发明体积小、灵敏度高、测量范围大。

主权项

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)。