一种用于高温条件下振动传感器起振元件及其制备方法技术

一种用于高温条件下振动传感器起振元件及其制备方法，该起振元件包括起振元件支架、双悬臂折叠梁和起振质量块；双悬臂折叠梁是由两个单悬臂折叠梁组成，两个单悬臂折叠梁以起振质量块为中心成对称布置；每个单悬臂折叠梁的一端分别连接起振质量块，另一端分别连接起振元件支架；起振质量块布置在起振元件支架的中心位置。所述制备方法采用微机电系统加工工艺，对耐高温材料通过两次“电镀-刻蚀”技术制造成起振元件。该方案能够有效测量高温条件下物体的振动频率数据，具有较广泛的应用价值。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种用于高温条件下振动传感器起振元件及制备方法，属于振动传感器的设计与制造

技术介绍
振动传感器是测试技术中的一种关键器件，能够将机械量接收并转化为电学量，在工业控制、航空航天等领域具有广泛的应用。随着工业技术提出的高温环境下测量振动数据的需求，迫切需要研发一种能够耐高温环境的振动传感器。图1是现有技术中公开的一种高温条件下的振动传感器起振元件的结构示意图，采用双悬臂梁形成三角形连接起振元件支架和起振质量块；此种技术方案中悬臂梁长度较长而起振质量块的面积相对较小，因而浪费了较大的空间，致使整个振动传感器的尺寸相对较大，不利于传感器的微型化；并且悬臂梁与起振质量块的厚度值相差较大，增加了加工工艺的难度，同时这种方案在振动条件下起振质量块的变形位移值会随着横向方向逐渐变化，对测量精度的稳定性会有较大的影响，增加了标定的难度。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供，使传感器的结构更加紧凑，进一步提高测量精度的稳定性，从而能够有效测量高温条件下物体的振动频率数据。本专利技术的技术方案如下:—种用于高温条件下振动传感器起振元件，包括起振元件支架、悬臂梁和起振质量块；其特征在于:所述悬臂梁采用双悬臂折叠梁，双悬臂折叠梁是由两个单悬臂折叠梁组成，两个单悬臂折叠梁以起振质量块为中心成对称布置；每个单悬臂折叠梁的一端分别连接起振质量块，另一端分别连接起振元件支架；起振质量块布置在起振元件支架的中心位置；起振质量块与双悬臂折叠梁之间留有间隙；双悬臂折叠梁的厚度小于或者等于起振质量块的厚度。本专利技术的技术特征还在于:双悬臂折叠梁的宽度范围为ΙΟμπι至ΙΟΟΟμ??，双悬臂折叠梁与起振质量块之间的间隙为10 μ??至1000 μ??，起振质量块的厚度为20 μm至2000 μ??ο优选地，所述起振元件支架为正多边形或圆形，起振质量块为正多边形或圆形。更优选地，正多边形为正方形，每个单悬臂折叠梁的折叠角度为90度。本专利技术提供的一种用于高温条件下振动传感器起振元件的制备方法，其特征在于该方法包括如下步骤:1)对厚度为20 μ m至2000 μ m的耐高温晶片进行氧气清洗；2)对清洗之后的晶片进行金属溅射工艺，依次溅射一层金属铬和金；3)对溅射金属后的晶片涂光刻胶，采用光刻和湿法腐蚀工艺，完成图形化处理；4)对图形化后的晶片进行电镀金属镍工艺，形成金属镍的掩膜；5)对电镀金属镍之后的晶片进行离子刻蚀工艺，刻蚀区域为起振元件支架、双悬臂折叠梁和起振质量块之间的间隙部位，刻蚀深度大于双悬臂折叠梁的厚度值，形成起振元件基体；7)对起振元件基体再次进行金属派射工艺，派射一层金属络和金；8)对溅射金属后的起振元件基体涂光刻胶，采用光刻和湿法腐蚀工艺，完成图形化处理；9)对图形化后的起振元件基体进行电镀金属镍工艺，形成金属镍的掩膜；10)对电镀金属镍之后的起振元件基体进行离子刻蚀工艺，刻蚀区域为间隙部位、起振元件支架和双悬臂折叠梁，刻蚀深度为起振质量块与双悬臂折叠梁的厚度差的值，形成振动传感器起振元件。本专利技术的方法中，所述的耐高温晶片的材料为碳化硅、氮化铝或石墨烯。本专利技术具有以下优点及突出效果:①本专利技术采用独特的双悬臂折叠梁结构，其中两根中心对称布置的单悬臂梁的结构设计保证了振动方向较为严格的被限制在了单一方向。由于只能测试单一方向的振动，减小了两个方向同时起振对反射光强的影响，有利于提高测试的准确性和灵敏度本专利技术采用耐高温材料减薄后进行MEMS工艺加工，加工工艺依次为溅射金属、涂胶光刻、电镀金属、反应离子刻蚀、涂胶光刻、电镀金属、反应离子刻蚀；对耐高温材料通过两次“电镀-刻蚀”工艺制成双悬臂折叠梁结构的起振元件，在高温条件下，能够准确测量一百赫兹至一万赫兹频率范围内的振动频率数据，精度达到±1% F.S。【附图说明】图1是现有技术中公开的一种采用三角形双悬臂结构起振元件的结构示意图。图2是本专利技术提供的一种高温条件下的振动传感器双悬臂折叠梁结构起振元件结构示意图。图3是本专利技术提供的一种高温条件下的振动传感器双悬臂折叠梁结构起振元件的立体示意图。图4是本专利技术制备方法的工艺流程图。图中:1_起振元件支架；2_双悬臂折叠梁；3_起振质量块；4_耐高温晶片；5_光刻胶；6_金属铬和金；7_金属镍的掩膜。【具体实施方式】下面结合附图和具体实施例对本专利技术做进一步说明。参见图2和图3，本专利技术提供的一种用于高温条件下振动传感器起振元件包括起振元件支架1、双悬臂折叠梁2和起振质量块3 ;所述悬臂梁采用双悬臂折叠梁，双悬臂折叠梁是由两个单悬臂折叠梁组成，两个单悬臂折叠梁以起振质量块3为中心成对称布置；每个单悬臂折叠梁的一端分别连接起振质量块3，另一端分别连接起振元件支架1 ;起振质量块3布置在起振元件支架1的中心位置；起振质量块3与双悬臂折叠梁2之间留有间隙；双悬臂折叠梁的厚度小于或者等于起振质量块的厚度。起振元件支架可以为正多边形或圆形，优选采用正方形；起振质量块3与起振元件支架的形状应一致，也应采用正多边形或圆形。双悬臂折叠梁2的宽度范围一般为10 μ m至1000 μ m，双悬臂折叠梁与起振质量块3之间的间隙一般为ΙΟμπι至1000 μm，起振质量块3的厚度为20μπι至2000 μπι。当发生机械振动时，起振元件支架1与振动物体保持相对静止，而起振质量块3通过折叠悬臂梁2与起振元件支架1发生相对振动，利用光学F-P腔原理，测量起振元件的振动情况，得到机械振动数据。另外，每个单悬臂折叠梁的折叠角度优选为90度。在机械振动中，中心对称的双悬臂折叠梁2结构可以有效保证了起振元件的最大振动都在起振质量块3处，且不会产生径向变化，并且采用折叠梁的方式大大减小了悬臂梁的长度，同时也减小了整个振动传感器的尺寸。因此使用双悬臂折叠梁2，能优化振动传感器的设计，对提高起振元件的径向振动稳定性有较大的帮助，并且能够减小振动传感器的尺寸，有利于传感器的微型化。本专利技术提供的一种用于高温条件下振动传感器起振元件的制备方法，该方法具体包括如下步骤:1)选择厚度为20 μπι至2000 μπι的耐高温晶片，进行氧气清洗；2)对清洗之后的晶片进行金属溅射工艺，依次溅射一层金属铬和金；3)对溅射金属后的晶片涂光刻胶，采用光刻和湿法腐蚀工艺，完成图形化处理；4)对图形化后的晶片进行电镀金属镍工艺，形成金属镍的掩膜；5)对电镀金属镍之后的晶片进行离子刻蚀工艺，刻蚀区域为起振元件支架1、双悬臂折叠梁2和起振质量块3之间的间隙部位，刻蚀深度应大于双悬臂折叠梁2的厚度值，形成起振元件基体；7)对起振元件基体再次进行金属派射工艺，派射一层金属络和金；8)对溅射金属后的起振元件基体涂光刻胶，采用光刻和湿法腐蚀工艺，完成图形化处理；9)对图形化后的起振元件基体进行电镀金属镍工艺，形成金属镍的掩膜；10)对电镀金属镍之后的起振元件基体进行离当前第1页1 2 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于高温条件下振动传感器起振元件，包括起振元件支架(1)、悬臂梁(2)和起振质量块(3)；其特征在于：所述悬臂梁采用双悬臂折叠梁(2)，双悬臂折叠梁(2)是由两个单悬臂折叠梁组成，两个单悬臂折叠梁以起振质量块(3)为中心成对称布置；每个单悬臂折叠梁的一端分别连接起振质量块(3)，另一端分别连接起振元件支架(1)；起振质量块(3)布置在起振元件支架(1)的中心位置；起振质量块与双悬臂折叠梁(2)之间留有间隙；双悬臂折叠梁(2)的厚度小于或者等于起振质量块(3)的厚度。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：唐飞，马大蔚，王晓浩，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京;11