一种机械灵敏度和测量范围可调的硅微流速计制造技术

本发明专利技术公开了一种可以实现微流速敏感的机械灵敏度和测量范围可调的硅微流速计的三层结构方案。具体为作为信号接收层的金属立柱，作为信号转化层的硅微机械结构，以及作为信号输出层的玻璃绝缘层及其信号引线。金属立柱通过紫外线固化胶粘合在硅微机械结构上表面的中心位置，硅微机械结构的通过硅‑玻璃键合技术固定在玻璃绝缘层上表面，硅微机械的锚点与玻璃绝缘层的金属引线位置相对应，从而实现电信号的输入输出控制。本发明专利技术通过给两组音叉型谐振器施加带有不同直流偏置信号的交流驱动电压，由于静电负刚度效应，改变静电弱耦合谐振结构的静电耦合刚度，从而进一步改变硅微流速计的机械灵敏度和测量范围。

【技术实现步骤摘要】
一种机械灵敏度和测量范围可调的硅微流速计
本专利技术涉及微机电系统和微流体敏感领域，特别是涉及一种机械灵敏度和测量范围可调的硅微流速计。
技术介绍
微机电系统(MicroElectroMechanicalSystem,MEMS)传感器作为获取信息的关键器件，对各种传感装置的微型化起着巨大的推动作用，已在太空卫星、运载火箭、航空航天设备、飞机、各种车辆、生特医学及消费电子产品等领域中得到了广泛的应用。硅微流速计是一种微电子技术和微机械加工技术相结合的传感器。硅微流速计可以连续的测量周边流场的流体流速，可以适用于电力、钢铁、石化、节能等行业的环境流速测量，并且在目前受到关注的微自主系统机器人的环境识别应用中受到极大的关注。近年来，国内外研究机构都开始对硅微流速计进行了一定的研究。荷兰屯特大学的GijsJ.Krijnen等人研究了一种仿生流体传感器，都是采用电容信号器进行流速信号的变换，可以实现对外界流场的敏感，并进一步应用于流体相机和听觉敏感等场景。但是，目前大部分硅微流速计的研究在机械灵敏度和测量范围这两个重要指标上无法兼顾，即机本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种机械灵敏度和测量范围可调的硅微流速计，其特征在于：该硅微流速计采用三层结构，具体为作为信号接收层的金属立柱（1），作为信号转化层的硅微机械结构，以及作为信号输出层的玻璃绝缘层（7）及其信号引线；/n所述金属立柱（1）通过紫外线固化胶粘合在硅微机械结构上表面的中心位置，用于敏感外界的流速信；/n硅微机械结构的通过硅-玻璃键合技术固定在玻璃绝缘层（7）上表面，硅微机械结构的锚点与玻璃绝缘层（7）的金属引线位置相对应，从而实现电信号的输入输出控制；/n所述硅微机械结构由底座托盘（5），两组第一、二差分输出微杠杆（3-1、3-2），两组第一、二静电弱耦合谐振结构（2-1、2-2），第一、二、三...

【技术特征摘要】
1.一种机械灵敏度和测量范围可调的硅微流速计，其特征在于：该硅微流速计采用三层结构，具体为作为信号接收层的金属立柱（1），作为信号转化层的硅微机械结构，以及作为信号输出层的玻璃绝缘层（7）及其信号引线；
所述金属立柱（1）通过紫外线固化胶粘合在硅微机械结构上表面的中心位置，用于敏感外界的流速信；
硅微机械结构的通过硅-玻璃键合技术固定在玻璃绝缘层（7）上表面，硅微机械结构的锚点与玻璃绝缘层（7）的金属引线位置相对应，从而实现电信号的输入输出控制；
所述硅微机械结构由底座托盘（5），两组第一、二差分输出微杠杆（3-1、3-2），两组第一、二静电弱耦合谐振结构（2-1、2-2），第一、二、三、四方向解耦结构（4-1、4-2、4-3、4-4）组成，用于将外界流速信号转化为可以进行直接测量的电信号；
两组第一、二差分输出微杠杆（3-1、3-2）分别布置在底座托盘（5）的上、下位置，通过第一、二输入解耦梁（3-1-1、3-2-1）与底座托盘（5）相连接；
两组第一、二静电弱耦合结构（2-1、2-2）分别布置在底座托盘（5）的左右位置，并分别与第一、二差分输出微杠杆（3-1、3-2）的第一、二、三、四输出梁（3-1-6、3-1-7、3-2-6、3-2-7）相连接；
第一、二、三、四方向解耦结构（4-1、4-2、4-3、4-4）布置在底座托盘（5）的左上、左下、右下、右上四个位置，分别通过第一、二、三、四方向解耦梁（4-1-2、4-4-2、4-3-2、4-2-2）与底座托盘（5）相连接。


2.根据权利要求1所述的一种机械灵敏度和测量范围可调的硅微流速计，其特征在于：其中第一、二差分微分输出微杠杆（3-1、3-2）结构完全相同；
所述第一差分微分输出微杠杆（3-1）由第一输入解耦梁（3-1-1），两个第一、二输出梁（3-1-6、3-1-7），两个第一、二支撑梁（3-1-9、3-1-8），两个第一、二微杠杆（3-1-4、3-1-5），两个第一、二杠杆锚点（3-1-2、3-1-3）组成，用于输入作用力的放大；
第一输入解耦梁（3-1-1）分别与两个第一、二微杠杆（3-1-4、3-1-5）的一端相连接；第一杠杆锚点（3-1-2）通过第一支撑梁（3-1-9）连接在第一微杠杆（3-1-4）的中间位置，第一输出梁（3-1-6）的一端与第一静电弱耦合谐振结构（2-1）相连接，另一端连接在第一微杠杆（3-1-4）的另一端，从而形成A型微杠杆结构；
第二杠杆锚点（3-1-3）通过支撑梁二（3-1-8）连接在第二微杠杆（3-1-5）的另一端，第二输出梁（3-1-7）的一端与第二静电弱耦合结构（2-2）相连接，另一端连接在第二微杠杆（3-1-5）的中间位置，从而形成B型微杠杆结构。


3.根据权利要求1所述的一种机械灵敏度和测量范围可调的硅微流速计，其特征在于：其中第一、二静电弱耦合谐振结构（2-1、2-2）结构完全相同；
所述第一静电弱耦合谐振结构（2-1）由两组第一、二音叉型谐振器（2-1-1、2-1-2）组成，用于将微力信号转换为可以通过配套电路测量的电容信号；所述第一音叉谐振器（2-1-1）包括第一音叉谐振梁（2-1-1-9）、第一、二静电耦合梳齿电容（2-1-1-7、2-1-1-8），第一、二驱动电容梳齿（2-1-1-1、2-1-1-2），第一、二、三、四检测电容梳齿（2-1-1-3、2-1-1-4、2-1-1-5、2-1-1-6），
所述第二音叉谐振器（2-1-2）包括第二音叉谐振梁（2-1-2-9）、两组第三、第四静电耦合梳齿电容（2-1-2-7、2-1-2-8），第三、第四驱动电容梳齿（2-1-2-1、2-1-2-2），第五、六、七、八检测电容梳齿（2-1-2-3、2-1-2-4、2-1-2-5、2-1-2-6）；
第一音叉谐振器（2-1-1）布置在第二音叉谐振器（2-1-2）中间，两组第一、二音叉谐振器（2-1-1、2-1-2）的每根谐振梁中部的一侧分别连接有第一、二、三、四静电耦合电容梳齿（2-1-1-7、2-1-1-8、2-1-2-7、2-1-2-8），第一、三静电耦合电容梳齿（2-1-1-7、2-1-2-7）对插布置形成静电耦合梳齿组一，第二、四静电耦合电容梳齿（2-1-1-8、...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨波，郭鑫，梁卓玥，陈新茹，姜勇昌，郑翔，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32