基于量程拓展的諧振式應(yīng)變結(jié)構(gòu)、應(yīng)變傳感器及制備方法技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)提供一種基于量程拓展的諧振式應(yīng)變結(jié)構(gòu)、應(yīng)變傳感器及制備方法，所述基于量程拓展的諧振式應(yīng)變結(jié)構(gòu)包括：雙端固支音叉及量程拓展梁；所述量程拓展梁位于所述雙端固支音叉的兩端，且與所述雙端固支音叉的兩端相連接。本發(fā)明專利技術(shù)中，量程拓展梁可以降低雙端固支音叉的應(yīng)變量，從而實(shí)現(xiàn)諧振式應(yīng)變傳感器量程的拓展；通過(guò)設(shè)計(jì)量程拓展梁與雙端固支音叉的尺寸，可以設(shè)定雙端固支音叉上的應(yīng)變與實(shí)際應(yīng)變的比例；整個(gè)結(jié)構(gòu)為一體化結(jié)構(gòu)，制作工藝簡(jiǎn)單，便于實(shí)現(xiàn)工業(yè)化。

Resonant strain structure, strain sensor and preparation method based on range expansion

The invention provides a resonance type strain, strain sensor and preparation method of range based on the extension, including the resonant range expansion strain structure based on the double ended tuning fork and range expansion beam; the beam is in the range expansion of the double clamped fork ends, and is connected with the double clamped at both ends of the tuning fork. In the invention, to expand the range of beam can reduce the strain of double ended tuning fork, so as to realize the expansion of the resonant strain sensor; expanding beam and double ended tuning fork size range can be set through the design, the strain double clamped on the tuning fork and the actual strain ratio; the whole structure for integrated structure the production process is simple, easy to realize industrialization.

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
基于量程拓展的諧振式應(yīng)變結(jié)構(gòu)、應(yīng)變傳感器及制備方法
本專利技術(shù)涉及傳感器領(lǐng)域，特別是涉及一種基于量程拓展的諧振式應(yīng)變結(jié)構(gòu)、應(yīng)變傳感器及制備方法。
技術(shù)介紹
應(yīng)變傳感器又稱應(yīng)變計(jì)(straingauge)是一種常用的傳感器，它利用了彈性材料(金屬，合金，半導(dǎo)體或者金屬陶瓷)的壓阻特性來(lái)檢測(cè)被測(cè)結(jié)構(gòu)的正應(yīng)變與剪切應(yīng)變，它廣泛應(yīng)用于結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)中，涵蓋的領(lǐng)域有土木工程，機(jī)械，航天，醫(yī)療以及可穿戴系統(tǒng)。諧振式應(yīng)變傳感器通過(guò)測(cè)量應(yīng)變引起諧振結(jié)構(gòu)的共振頻率改變來(lái)測(cè)量應(yīng)變值，具有穩(wěn)定性高，溫漂小，準(zhǔn)數(shù)字化輸出，抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)，是一類高性能的應(yīng)變傳感器。硅基諧振式應(yīng)變傳感器的一個(gè)問(wèn)題是量程較窄，與應(yīng)用需求難以匹配。硅基諧振式應(yīng)變傳感器的工作諧振頻率隨應(yīng)變迅速變化，特別是當(dāng)應(yīng)變?yōu)閴簯?yīng)變時(shí)共振頻率可變化到0，過(guò)大的諧振頻率改變會(huì)引起嚴(yán)重非線性。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
鑒于以上所述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本專利技術(shù)的目的在于提供一種基于量程拓展的諧振式應(yīng)變結(jié)構(gòu)、應(yīng)變傳感器及制備方法，利用量程拓展結(jié)構(gòu)來(lái)降低諧振敏感結(jié)構(gòu)上的應(yīng)變量，實(shí)現(xiàn)諧振式應(yīng)變傳感器量程的拓展。為實(shí)現(xiàn)上述目的及其他相關(guān)目的，本專利技術(shù)提供一種基于量程拓展的諧振式應(yīng)變結(jié)構(gòu)，所述基于量程拓展的諧振式應(yīng)變結(jié)構(gòu)包括：雙端固支音叉及量程拓展梁；所述量程拓展梁位于所述雙端固支音叉的兩端，且與所述雙端固支音叉的兩端相連接。作為本專利技術(shù)的基于量程拓展的諧振式應(yīng)變結(jié)構(gòu)的一種優(yōu)選方案，所述量程拓展梁的數(shù)量為兩根，所述量程拓展梁平行排布，且分別位于所述雙端固支音叉的兩端。作為本專利技術(shù)的基于量程拓展的諧振式應(yīng)變結(jié)構(gòu)的一種優(yōu)選方案，所述雙端固支音叉的兩端與所述量程拓展梁的中部垂直連接。作為本專利技術(shù)的基于量程拓展的諧振式應(yīng)變結(jié)構(gòu)的一種優(yōu)選方案，所述雙端固支音叉包括：敏感梁及連接塊；所述敏感梁的數(shù)量為兩根，所述敏感梁平行排布且相隔一定間距；所述連接塊的數(shù)量為兩塊，所述連接塊分別位于所述敏感梁的兩端，且位于所述敏感梁與所述量程拓展梁之間，并與所述敏感梁及所述量程拓展梁相連接。作為本專利技術(shù)的基于量程拓展的諧振式應(yīng)變結(jié)構(gòu)的一種優(yōu)選方案，所述基于量程拓展的諧振式應(yīng)變結(jié)構(gòu)還包括錨點(diǎn)、絕緣層及襯底；所述錨點(diǎn)固定于所述量程拓展梁的兩端；所述絕緣層位于所述錨點(diǎn)的下表面，所述錨點(diǎn)通過(guò)所述絕緣層固連于所述襯底的上表面；所述襯底的上表面與所述雙端固支音叉的下表面及所述量程拓展梁的下表面相隔一定的間距。作為本專利技術(shù)的基于量程拓展的諧振式應(yīng)變結(jié)構(gòu)的一種優(yōu)選方案，所述雙端固支音叉、所述量程拓展梁及所述錨點(diǎn)為一體化結(jié)構(gòu)。本專利技術(shù)還提供一種基于量程拓展的諧振式應(yīng)變傳感器，所述基于量程拓展的諧振式應(yīng)變傳感器包括：雙端固支音叉、量程拓展梁、敏感電極及驅(qū)動(dòng)電極；所述量程拓展梁位于所述雙端固支音叉的兩端，且與所述雙端固支音叉的兩端相連接；所述敏感電極位于所述量程拓展梁之間，且位于所述雙端固支音叉的兩側(cè)，適于與所述雙端固支音叉及所述量程拓展梁共同構(gòu)成敏感電容；所述驅(qū)動(dòng)電極位于所述量程拓展梁之間，且位于所述雙端固支音叉的兩側(cè)，適于驅(qū)動(dòng)所述雙端固支音叉及所述量程拓展梁。作為本專利技術(shù)的基于量程拓展的諧振式應(yīng)變傳感器的一種優(yōu)選方案，所述量程拓展梁的數(shù)量為兩根，所述量程拓展梁平行排布，且分別位于所述雙端固支音叉的兩端。作為本專利技術(shù)的基于量程拓展的諧振式應(yīng)變傳感器的一種優(yōu)選方案，所述雙端固支音叉的兩端與所述量程拓展梁的中部垂直連接。作為本專利技術(shù)的基于量程拓展的諧振式應(yīng)變傳感器的一種優(yōu)選方案，所述雙端固支音叉包括：敏感梁及連接塊；所述敏感梁的數(shù)量為兩根，所述敏感梁平行排布且相隔一定間距；所述連接塊的數(shù)量為兩塊，所述連接塊分別位于所述敏感梁的兩端，且位于所述敏感梁與所述量程拓展梁之間，并與所述敏感梁及所述量程拓展梁相連接。作為本專利技術(shù)的基于量程拓展的諧振式應(yīng)變傳感器的一種優(yōu)選方案，所述基于量程拓展的諧振式應(yīng)變傳感器還包括錨點(diǎn)、金屬壓焊塊、絕緣層及襯底；所述錨點(diǎn)固定于所述量程拓展梁的兩端；所述金屬壓焊塊位于所述錨點(diǎn)、所述敏感電極及所述驅(qū)動(dòng)電極的上表面；所述絕緣層位于所述錨點(diǎn)、所述敏感電極及所述驅(qū)動(dòng)電極的下表面，所述錨點(diǎn)、所述敏感電極及所述驅(qū)動(dòng)電極通過(guò)所述絕緣層固連于所述襯底的上表面；所述襯底的上表面與所述雙端固支音叉的下表面及所述量程拓展梁的下表面相隔一定的間距。作為本專利技術(shù)的基于量程拓展的諧振式應(yīng)變傳感器的一種優(yōu)選方案，所述雙端固支音叉、所述量程拓展梁、所述敏感電極、所述驅(qū)動(dòng)電極及所述錨點(diǎn)為一體化結(jié)構(gòu)。本專利技術(shù)還提供一種基于量程拓展的諧振式應(yīng)變傳感器的制備方法，所述制備方法包括：1)提供SOI硅片，所述SOI硅片由下至上依次包括硅襯底、埋氧層及頂層硅；2)在所述頂層硅表面對(duì)應(yīng)于后續(xù)要形成錨點(diǎn)、敏感電極及驅(qū)動(dòng)電極的位置形成金屬壓焊塊；3)刻蝕所述頂層硅，形成雙端固支音叉、量程拓展梁、錨點(diǎn)、敏感電極及驅(qū)動(dòng)電極；4)去除所述錨點(diǎn)、所述敏感電極及所述驅(qū)動(dòng)電極對(duì)應(yīng)區(qū)域之外的所述埋氧層。如上所述，本專利技術(shù)的基于量程拓展的諧振式應(yīng)變結(jié)構(gòu)、應(yīng)變傳感器及制備方法，具有以下有益效果：本專利技術(shù)中，量程拓展梁可以降低雙端固支音叉的應(yīng)變量，從而實(shí)現(xiàn)諧振式應(yīng)變傳感器量程的拓展；通過(guò)設(shè)計(jì)量程拓展梁與雙端固支音叉的尺寸，可以設(shè)定雙端固支音叉上的應(yīng)變與實(shí)際應(yīng)變的比例；整個(gè)結(jié)構(gòu)為一體化結(jié)構(gòu)，制作工藝簡(jiǎn)單，便于實(shí)現(xiàn)工業(yè)化。附圖說(shuō)明圖1顯示為本專利技術(shù)實(shí)施例一中提供的基于量程拓展的諧振式應(yīng)變結(jié)構(gòu)的立體結(jié)構(gòu)示意圖。圖2顯示為本專利技術(shù)實(shí)施例一中提供的基于量程拓展的諧振式應(yīng)變結(jié)構(gòu)的俯視結(jié)構(gòu)示意圖。圖3顯示為本專利技術(shù)實(shí)施例一中提供的基于量程拓展的諧振式應(yīng)變結(jié)構(gòu)中固支音叉的工作振型。圖4顯示為本專利技術(shù)實(shí)施例一中提供的基于量程拓展的諧振式應(yīng)變結(jié)構(gòu)的工作振型。圖5顯示為本專利技術(shù)實(shí)施例二中提供的基于量程拓展的諧振式應(yīng)變傳感器的立體結(jié)構(gòu)示意圖。圖6顯示為本專利技術(shù)實(shí)施例三中提供的基于量程拓展的諧振式應(yīng)變傳感器的制備方法的流程示意圖。圖7至圖10為本專利技術(shù)實(shí)施例三中提供的基于量程拓展的諧振式應(yīng)變傳感器的制備方法在各步驟中的結(jié)構(gòu)示意圖。元件標(biāo)號(hào)說(shuō)明11雙端固支音叉111敏感梁112連接塊12量程拓展梁13錨點(diǎn)14絕緣層15襯底16敏感電極17驅(qū)動(dòng)電極18金屬壓焊塊21SOI硅片211硅襯底212埋氧層213頂層硅S1～S4步驟具體實(shí)施方式以下通過(guò)特定的具體實(shí)例說(shuō)明本專利技術(shù)的實(shí)施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可由本說(shuō)明書(shū)所揭露的內(nèi)容輕易地了解本專利技術(shù)的其他優(yōu)點(diǎn)與功效。本專利技術(shù)還可以通過(guò)另外不同的具體實(shí)施方式加以實(shí)施或應(yīng)用，本說(shuō)明書(shū)中的各項(xiàng)細(xì)節(jié)也可以基于不同觀點(diǎn)與應(yīng)用，在沒(méi)有背離本專利技術(shù)的精神下進(jìn)行各種修飾或改變。請(qǐng)參閱圖1至圖10需要說(shuō)明的是，本實(shí)施例中所提供的圖示僅以示意方式說(shuō)明本專利技術(shù)的基本構(gòu)想，雖圖示中僅顯示與本專利技術(shù)中有關(guān)的組件而非按照實(shí)際實(shí)施時(shí)的組件數(shù)目、形狀及尺寸繪制，其實(shí)際實(shí)施時(shí)各組件的型態(tài)、數(shù)量及比例可為一種隨意的改變，且其組件布局型態(tài)也可能更為復(fù)雜。實(shí)施例一請(qǐng)參閱圖1至圖2，本專利技術(shù)提供一種基于量程拓展的諧振式應(yīng)變結(jié)構(gòu)，所述基于量程拓展的諧振式應(yīng)變結(jié)構(gòu)包括：雙端固支音叉11及量程拓展梁12；所述量程拓展梁12位于所述雙端固支音叉11的兩端，且與所述雙端固支音叉11的兩端相連接。作為示例，所述量程拓展梁12的數(shù)量為兩根，所述量程拓展梁12平行排布，且分別位于所述雙端本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種基于量程拓展的諧振式應(yīng)變結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述基于量程拓展的諧振式應(yīng)變結(jié)構(gòu)包括：雙端固支音叉及量程拓展梁；所述量程拓展梁位于所述雙端固支音叉的兩端，且與所述雙端固支音叉的兩端相連接。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種基于量程拓展的諧振式應(yīng)變結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述基于量程拓展的諧振式應(yīng)變結(jié)構(gòu)包括：雙端固支音叉及量程拓展梁；所述量程拓展梁位于所述雙端固支音叉的兩端，且與所述雙端固支音叉的兩端相連接。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于量程拓展的諧振式應(yīng)變結(jié)構(gòu)，其特征在于：所述量程拓展梁的數(shù)量為兩根，所述量程拓展梁平行排布，且分別位于所述雙端固支音叉的兩端。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于量程拓展的諧振式應(yīng)變結(jié)構(gòu)，其特征在于：所述雙端固支音叉的兩端與所述量程拓展梁的中部垂直連接。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于量程拓展的諧振式應(yīng)變結(jié)構(gòu)，其特征在于：所述雙端固支音叉包括：敏感梁及連接塊；所述敏感梁的數(shù)量為兩根，所述敏感梁平行排布且相隔一定間距；所述連接塊的數(shù)量為兩塊，所述連接塊分別位于所述敏感梁的兩端，且位于所述敏感梁與所述量程拓展梁之間，并與所述敏感梁及所述量程拓展梁相連接。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于量程拓展的諧振式應(yīng)變結(jié)構(gòu)，其特征在于：所述基于量程拓展的諧振式應(yīng)變結(jié)構(gòu)還包括錨點(diǎn)、絕緣層及襯底；所述錨點(diǎn)固定于所述量程拓展梁的兩端；所述絕緣層位于所述錨點(diǎn)的下表面，所述錨點(diǎn)通過(guò)所述絕緣層固連于所述襯底的上表面；所述襯底的上表面與所述雙端固支音叉的下表面及所述量程拓展梁的下表面相隔一定的間距。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于量程拓展的諧振式應(yīng)變結(jié)構(gòu)，其特征在于：所述雙端固支音叉、所述量程拓展梁及所述錨點(diǎn)為一體化結(jié)構(gòu)。7.一種基于量程拓展的諧振式應(yīng)變傳感器，其特征在于，所述基于量程拓展的諧振式應(yīng)變傳感器包括：雙端固支音叉、量程拓展梁、敏感電極及驅(qū)動(dòng)電極；所述量程拓展梁位于所述雙端固支音叉的兩端，且與所述雙端固支音叉的兩端相連接；所述敏感電極位于所述量程拓展梁之間，且位于所述雙端固支音叉的兩側(cè)，適于與所述雙端固支音叉及所述量程拓展梁共同構(gòu)成敏感電容；所述驅(qū)動(dòng)電極位于所述量程拓展梁之間，且位于所述雙端固支音叉的兩側(cè)，適于驅(qū)動(dòng)所...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：楊恒，王小飛，豆傳國(guó)，孫珂，吳燕紅，李昕欣，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：中國(guó)科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：上海,31