专利摘要

一种微质量传感器。它包括基底、设于基底上的定电极、吸附层，所述基底上还设有振动结构，所述振动结构包括金属活动板、支撑梁及梁的锚点，所述金属活动板与支撑梁连接，通过锚点固定于基底上，金属活动板同时作为动电极，与定电极构成可变电容。本发明利用微质量物质吸附于振动结构后引起其振动频率变化的原理工作。本发明以活动板和支撑梁构成振动结构，能够有效抑制微质量物质在振动结构上位置对测量结果的影响；以金属活动板作为动电极，具有较大面积，有利于提高动电极上的静电驱动力，有利于提高动、定电极间电容值，有利于提高传感器的抗干扰性。

权利要求

1.一种微质量传感器，包括：基底（1）、设于基底（1）上的定电极（2）、吸附层（8），其特征在于：所述基底（1）上还设有振动结构，所述振动结构包括金属活动板（6）、支撑梁（5）及梁的锚点（4），所述金属活动板（6）与支撑梁（5）连接，通过锚点（4）固定于基底（1）上。

2.根据权利要求1所述的微质量传感器，其特征在于：所述金属活动板（6）同时作为动电极，并与所述定电极（2）构成可变电容。

3.根据权利要求1所述的微质量传感器，其特征在于：所述吸附层（8）位于所述金属活动板（6）上表面。

4.根据权利要求1所述的微质量传感器，其特征在于：所述定电极（2）上覆盖有第一绝缘层（3），所述活动板（6）和所述吸附层（8）之间设有第二绝缘层（7）。

5.根据权利要求 1、2或3所述的微质量传感器，其特征在于：所述金属活动板（6）为刚性圆板。

6.根据权利要求1所述的微质量传感器，其特征在于：在传感器处于工作状态时，活动板（6）因刚度远大于支撑梁而仅作平移运动，只有支撑梁发生变形。

7.根据权利要求1或6所述的微质量传感器，其特征在于：支撑梁（5）为变截面梁，其固支处截面积最大。

8.根据权利要求1所述的微质量传感器，其特征在于：定、动电极（2、6）任意之一接地并同时接入至驱动电路和检测电路，另一电极在检测微质量时先施加驱动电压以静电力使振动结构发生振动，然后接入至电容检测电路。

说明书

技术领域

本发明涉及传感器领域，特别涉及一种由圆形板与支撑梁构成振动结构并基于振动频率测量与静电驱动的微质量传感器。

背景技术

微质量检测技术在环境监测、生物医学等领域具有重要的应用意义。振动体的振动频率对质量变化非常敏感，故可基于此实现微质量的检测。经检索国内外文献发现，现有的基于振动频率测量的静电驱动微质量传感器的振动结构主要为梁结构，也有个别为板结构。国内外文献同时表明，由于整个梁结构或板结构在工作时发生变形，微质量物质若以颗粒形式零星吸附于这些结构或者不均匀分布于这些结构上，其随机位置能对振动频率产生显著影响，并进而影响对微质量的测量精度。此外，梁结构因所能布置的电极面积有限而导致静电驱动力较小，则所产生的振幅较微弱而不利于检测，并易受外部机械载荷的干扰，且当以电容检测方式提取振动信息时，因电极面积较小还导致电极间电容值较小而易受杂散电容等的干扰；板结构因刚度大，同样具有振幅较微弱的缺点。

发明内容

为了解决背景技术中的问题，本发明提供一种对微物质在振动结构上分布位置不敏感且具有高灵敏度和高抗干扰性能的基于振动频率测量和静电驱动的微质量传感器。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种微质量传感器，包括：基底、设于基底上的定电极、吸附层，所述基底上还连接有振动结构，所述振动结构包括金属活动板、支撑梁及梁的锚点，所述金属活动板与支撑梁连接，通过锚点固定于基底上。

所述金属活动板同时作为动电极，与所述定电极构成可变电容。

所述吸附层位于所述金属活动板上表面。

所述定电极上覆盖有第一绝缘层，所述活动板和所述吸附层之间设有第二绝缘层。

所述金属活动板为刚性圆板。

支撑梁及其锚点与刚性圆板构成一体式组合结构，同为金属材料。

在传感器处于工作状态时，活动板仅作平移运动，只有支撑梁发生变形。

支撑梁为变截面梁，其固支处截面积最大。

所述振动结构采用静电力驱动。

动、定电极任意之一接地并同时接入至驱动电路和检测电路。另一电极在检测微质量时先施加驱动电压以使圆板-梁结构发生振动，然后该电极接入至电容检测电路。

本发明的有益效果是：振动结构采用板-梁结构，工作时活动板同时作为动电极并仅作平移运动，对被测微质量物质在振动结构上的位置不敏感并同时继续保持对微质量的高灵敏度，具有较大的静电驱动力并因而能产生较强的振动及有利于抑制外部机械载荷的干扰，电极间具有较大的电容值并因而有利于振动信号的检测及抑制杂散电容的干扰。

附图说明：

图1为本发明实施例的剖视图（为清晰反映器件的构成，图中各高度方向尺寸的比例与实际情况相差很大，下同）。

图2为本发明结构在图1中A-A 方向上的剖视图。

图3为刚性圆板-变截面梁结构。

具体实施方式

下面结合附图对本发明实施例作进一步说明：

本发明实施例中，一种微质量传感器，包括：基底1、设于基底1上的定电极2、吸附层8，定电极上覆盖有第一绝缘层3，所述基底1上还设有振动结构，所述振动结构包括金属活动板6、支撑梁5及梁的锚点4，金属活动板6与支撑梁5连接，通过锚点4固定于基底1上。

活动板6为刚性圆板，各支撑梁均匀分布于活动板6的边缘上。由于板-梁结构的最大弯曲应力发生于梁的固支端，故梁采用变截面梁且其固支端截面积较大。吸附层8位于活动板6的上表面，由于某些物质的吸附层材料为金属，故在吸附层8与活动板6之间敷设绝缘层7，吸附层技术在生物、化学等领域的传感器中已广泛使用，在本发明中其所用具体材料需随被测微质量物质的不同而不同。

微质量传感器的振动结构由活动板6和支撑梁5构成（绝缘层7和吸附层8因厚度很小而对板-梁结构振动的影响微乎其微），通过改变支撑梁的数目与尺寸，能够在很大范围内调整板-梁结构的刚度，并因而能够在很大范围内调整这种结构的振动频率，则这种结构能应用于不同数量级的微质量的检测，满足不同领域的需要。

活动板6、支撑梁5及其锚点4均采用金属材料，活动板6同时作为动电极，定电极2位于具有绝缘性的基底上，在定电极上覆盖绝缘层防止动、定电极短路，活动板6和定电极2构成可变电容。

被测微质量物质吸附于无变形的刚性圆板上，且其各支撑梁均匀分布与圆板边缘上，有限元仿真计算表明微质量物质的吸附位置对刚性圆板-梁结构的振动频率影响微乎其微。

由于动电极位于板上并且相较于定电极只作平移运动，相对于动电极位于梁上的情况，板-梁结构具有较大的电极面积并因而能产生较大的静电力，另外支撑梁的存在又使得板-梁结构的刚度低于一般的板结构，所以板-梁结构在静电力驱动下的振幅较大，从而既可减小外部机械载荷对振动的干扰，又可在驱动电压撤除后能够于较长时间内维持较强的的振动。另外，较大的电极面积还使得动、定电极间电容较大，从而进一步保证驱动电压撤除后能在较长时间内测得振动所引起的电容变化，并有利于抑制杂散电容对测量的干扰。

动、定电极之一接地并同时接入至驱动电路和检测电路。另一电极在检测微质量时先施加驱动电压以使圆板-梁结构发生振动，然后该电极接入至电容检测电路，此时振动结构因惯性仍将继续运动直到振幅衰减为零，则通过检测动、定电极间的电容变化并经滤波、整型、计数电路的处理最终可获得振动频率值。不同质量的物质吸附于活动板后引起振动体质量的不同变化并进而引起振动频率的不同变化，从而根据振动频率可获得吸附物质的质量。

采用常规微加工设备，本实施例的加工工艺可有各种方案，以下为其中之一的主要步骤：先在基底1上采用溅射工艺加工定电极2，然后再次采用溅射工艺在定电极上加工绝缘层3，接着用电铸及牺牲层工艺加工活动板6、梁5及其锚点4，用溅射工艺加工绝缘层7，再在该绝缘层上用溅射工艺加工吸附层8。

各位技术人员须知：虽然本发明已按照上述具体实施方式做了描述，但是本发明的发明思想并不仅限于此发明，任何运用本发明思想的改装，都将纳入本专利专利权保护范围内。

一种微质量传感器专利购买费用说明

Q：办理专利转让的流程及所需资料

A：专利权人变更需要办理著录项目变更手续，有代理机构的，变更手续应当由代理机构办理。

1：专利变更应当使用专利局统一制作的“著录项目变更申报书”提出。

2：按规定缴纳著录项目变更手续费。

3：同时提交相关证明文件原件。

4：专利权转移的，变更后的专利权人委托新专利代理机构的，应当提交变更后的全体专利申请人签字或者盖章的委托书。

Q:专利著录项目变更费用如何缴交

A：（1）直接到国家知识产权局受理大厅收费窗口缴纳,（2）通过代办处缴纳，（3）通过邮局或者银行汇款,更多缴纳方式

Q：专利转让变更，多久能出结果

A：著录项目变更请求书递交后，一般1-2个月左右就会收到通知，国家知识产权局会下达《转让手续合格通知书》。