[发明专利]一种基于变厚度梁结构的高阶模态微质量传感器及其灵敏度提升方法

权利要求书

1.一种基于变厚度梁结构的高阶模态微质量传感器及其灵敏度提升方法，它包括一个与固定块（1）固定连接的变厚度梁(3)和压电薄膜（2），其特征在于：所述压电薄膜（2）设置在变厚度梁（3）连接固定块（1）的一端，变厚度梁（3）靠近自由端部分采用厚度呈阶梯变化的悬臂结构；通过测量悬臂结构在吸附探测物前、后的谐振频率差△f，计算得到探测物的质量m；所述变厚度梁（3）与压电薄膜（2）的重叠部分为复合层，无压电薄膜覆盖部分的悬臂梁为弹性梁延伸部分，弹性梁延伸部分又分为弹性梁延伸层厚段和弹性梁延伸层薄段两部分，在保持压电层长度l₁和压电层厚度t₁、弹性梁延伸层厚段厚度t₂、弹性梁延伸层薄段厚度t₃及悬臂梁总长度(l₁+l₂+l₃)不变的前提下，让弹性梁延伸层厚段长度l₂与弹性梁延伸层薄段长度l₃的比值l₂/l₃，在0<l₂/l₃<8范围内变化。

2.一种基于变厚度梁结构的高阶模态微质量传感器及其灵敏度提升方法，它包括一个与固定块（1）固定连接的变厚度梁(3)和压电薄膜（2），其特征在于：所述压电薄膜（2）设置在变厚度梁（3）连接固定块（1）的一端，变厚度梁（3）靠近自由端部分采用厚度呈阶梯变化的悬臂结构；通过测量悬臂结构在吸附探测物前、后的谐振频率差△f，计算得到探测物的质量m；所述变厚度梁（3）与压电薄膜（2）的重叠部分为复合层，无压电薄膜覆盖部分的悬臂梁为弹性梁延伸部分，弹性梁延伸部分又分为弹性梁延伸层厚段和弹性梁延伸层薄段两部分，在保持压电层长度l₁和压电层厚度t₁、悬臂梁总长度(l₁+l₂+l₃)和弹性梁延伸层厚段厚度t₂不变的前提下，让弹性梁延伸层薄段厚度t₃与弹性梁延伸层厚段厚度t₂的比值t₃/t₂，在0<t₃/t₂<1范围内变化。

3.根据权利要求1或2所述的一种基于变厚度梁结构的高阶模态微质量传感器及其灵敏度提升方法，其特征在于：所述变厚度梁（3）的上部设有一个压电薄膜（2），且压电薄膜（2）的长度小于变厚度梁（3）的长度，压电薄膜（2）的宽度与变厚度梁（3）的宽度相同。

4.根据权利要求1或2所述的一种基于变厚度梁结构的高阶模态微质量传感器及其灵敏度提升方法，其特征在于：所述变厚度梁（3）采用上层梁（4）与下层梁（5）粘接在一起的组合结构。

5.根据权利要求4所述的一种基于变厚度梁结构的高阶模态微质量传感器及其灵敏度提升方法，其特征在于，所述上层梁（4）和下层梁（5）的长度和厚度不同，且上层梁（4）的长度大于下层梁（4）的长度。