The invention discloses a micro resonant electrometer and a charge detection method with a single free end in a curved beam. The sensor is provided with a grounding electrode, a substrate, a harmonic oscillator, a driving electrode, an induction electrode, an input electrode and an anchor end. \u8c10\u632f\u5b50\u4e0a\u6240\u8bbe\u7684\u4e24\u4e2a\u5f2f\u66f2\u6881\u7684\u4e24\u7aef\u76f8\u4e92\u8fde\u63a5\u6784\u6210\u56fa\u5b9a\u7aef\u548c\u68c0\u6d4b\u7aef\uff1b\u56fa\u5b9a\u7aef\u4e0e\u63a5\u5730\u7535\u6781\u8fde\u63a5\uff1b\u68c0\u6d4b\u7aef\u901a\u8fc7\u67d4\u6027\u652f\u6491\u6881\u4e0e\u951a\u7aef\u8fde\u63a5\uff1b\u68c0\u6d4b\u7aef\u4e0e\u8f93\u5165\u7535\u6781\u6784\u6210\u5e73\u677f\u5f0f\u8f93\u5165\u7535\u5bb9\uff1b\u5f2f\u66f2\u6881\u4e0a\u5e73\u677f\u7535\u6781\u7684\u4e24\u4fa7\u5206\u522b\u4e0e\u9a71\u52a8\u7535\u6781\u548c\u611f\u5e94\u7535\u6781\u6784\u6210\u9a71\u52a8\u7535\u5bb9\u548c\u611f\u5e94\u7535\u5bb9\u3002 The invention provides a novel design of bending beam single free end of the resonator in the elastic deformation mode, elastic deformation model is proposed based on the mechanism of induction charge mode, has the advantage of high sensitivity; and effectively eliminate the influence of nonlinear resonator and reduced low frequency temperature coefficient.
【技术实现步骤摘要】
具有单自由端的弯曲梁微谐振式静电计及电荷检测方法
本专利技术属于微机电系统(MEMS)
中的传感器领域,特别是涉及一种基于单自由端弯曲梁、具有低非线性的高灵敏度微型谐振式静电计。
技术介绍
现代微机电系统(MEMS)技术提供了基于微纳米尺度设计传感器的思路。微型的传感器对比宏观传感器具有小尺寸、低成本和低功耗的优势。并且与传统的微电子电路集成工艺兼容,可以实现单片化集成整个传感器以及外围信号处理电路。现有相关报道的微型静电计是基于静电式双端固支的柔性梁谐振器[1-2],通过梁感应电荷的静电力产生轴向或者侧向的力进行检测。这类谐振器依靠直流和交流电压拉伸梁进行驱动输出谐振频率,具有明显的频率非线性使传感器不能工作在材料极限,从而限制了传感器的稳定性和功率处理能力。本专利技术所设计的具有微谐振式静电计,通过带有单自由端弯曲梁的设计使得梁在谐振的时候降低拉伸变形,释放梁谐振时的内部应力从而降低非线性,提高其频率稳定性和功率处理能力。与传统的拉伸变形模态不一样,本专利技术所设计的具有单自由端的弯曲梁微谐振式静电计工作在弹性变形模态,可以有效的降低频率的温漂系数。基于弹性变形模态,本专利技术提出新型的高灵敏电荷感应机制,利用电荷产生的静电力干扰谐振器的弹性模态引起谐振频率偏移。本专利技术的微谐振式静电计具有尺寸小、功耗和成本低、易于实现批量生产等优势。引用文献:[1]ChenD,ZhaoJ,WangY,etal.Anelectrostaticchargesensorbasedonmicroresonatorwithsensingschemeofeffectiv ...
【技术保护点】
一种具有单自由端的弯曲梁微谐振式静电计,其特征在于设有接地电极、基底、谐振子、驱动电极、感应电极、输入电极和锚端;谐振子上所设的两条弯曲梁的两端相互连接,连接后的两端分别构成固定端和检测端;固定端与接地电极连接;检测端通过柔性支撑梁与锚端连接,实现平行于基底平面且垂直于支撑梁方向的单自由度;检测端与输入电极构成平板式输入电容,待检测电荷从输入电极输入;两条弯曲梁的外圆中部处均设有平板电极;平板电极的两侧分别与驱动电极和感应电极构成驱动电容和感应电容;驱动电容用于加载电信号驱动谐振子进行平面内谐振;感应电容用于感应谐振运动输出谐振电流;接地电极、驱动电极、感应电极、输入电极和锚端均与基底固定连接;基底上设有掏空区域,谐振子悬浮于该掏空区域,由接地电极与锚端提供谐振子的支撑。
【技术特征摘要】
1.一种具有单自由端的弯曲梁微谐振式静电计,其特征在于设有接地电极、基底、谐振子、驱动电极、感应电极、输入电极和锚端;谐振子上所设的两条弯曲梁的两端相互连接,连接后的两端分别构成固定端和检测端;固定端与接地电极连接;检测端通过柔性支撑梁与锚端连接,实现平行于基底平面且垂直于支撑梁方向的单自由度;检测端与输入电极构成平板式输入电容,待检测电荷从输入电极输入;两条弯曲梁的外圆中部处均设有平板电极;平板电极的两侧分别与驱动电极和感应电极构成驱动电容和感应电容;驱动电容用于加载电信号驱动谐振子进行平面内谐振;感应电容用于感应谐振运动输出谐振电流;接地电极、驱动电极、感应电极、输入电极和锚端均与基底固定连接;基底上设有掏空区域,谐振子悬浮于该掏空区域,由接地电极与锚端提供谐振子的支撑。2.根据权利要求1所述的具有单自由端的弯曲梁微谐振式静电计,其特征在于所述的弯曲梁为具有一定曲率的柔性梁,梁的长度范围为20μm~2mm;长宽比范围为10~400。3.根据权利要求1所述的具有单自由端的弯曲梁微谐振式静电计,其特征在于所述的弯曲梁的外形为规则圆弧,圆弧的圆心角范围为0°~180°。4.根据权利要求1所述的具有单自由端的弯曲梁微谐振式静电计,其特征在于所述的柔性支撑梁,其宽度范围为1~10μm;长宽比范围为50~500。...
【专利技术属性】
技术研发人员:谢金,陈冬阳,王勇,王银申,徐中贵,
申请(专利权)人:浙江大学,
类型:发明
国别省市:浙江,33
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。