[发明专利]一种差动式石墨烯谐振梁加速度传感器

权利要求书

1.一种差动式石墨烯谐振梁加速度传感器，包括基底(1)、敏感质量板(2)、绝缘层一(3)、绝缘层二(4)、激励电极对一(5)、石墨烯谐振梁一(6)、石墨烯谐振梁二(7)、绝缘层三(8)、激励电极对二(9)和真空罩(10)，其特征在于：在基底(1)上刻蚀出环形凹槽，形成基底上的矩形凸台；基底(1)矩形凸台上表面中间覆盖绝缘层一(3)；刻蚀敏感质量板(2)，形成沿质量板轴向对称分布的敏感质量块、U型薄板结构支撑梁以及两个石墨烯梁放置凹槽；敏感质量板(2)固定于基底(1)上方，且其框架内侧与基底凹槽外侧齐平；敏感质量板(2)中两个石墨烯梁放置凹槽上表面分别覆盖绝缘层二(4)和绝缘层三(8)；石墨烯谐振梁一(6)两端分别吸附在绝缘层一(3)和绝缘层二(4)，石墨烯谐振梁二(7)两端分别吸附在绝缘层一(3)和绝缘层三(8)，从而形成两个双端固支谐振梁；石墨烯谐振梁一(6)上和石墨烯谐振梁二(7)上分别放置激励电极对一(5)和激励电极对二(9)，用于激励谐振梁处于谐振状态；真空罩(10)固定于基底(1)上，其上凹槽内侧与敏感质量板(2)框架外侧齐平，从而完成对加速度传感器的封闭；被测加速度通过敏感质量板(2)转换为集中力，导致具有U型薄板结构支撑梁的质量块产生轴向微小的位移量，同时带动双端固支石墨烯谐振梁一(6)、石墨烯谐振梁二(7)的一端产生位移，从而引起石墨烯谐振梁轴向应力的变化，轴向的两个石墨烯谐振梁工作于差动模式，轴向加速度引起石墨烯轴向应力变化，一个石墨烯谐振梁轴向应力增大，谐振频率增加，同时另一个石墨烯谐振梁轴向应力减小，谐振频率降低，通过对两个石墨烯谐振梁谐振频率的检测，即可表征被测加速度大小。

2.如权利要求1所述的一种差动式石墨烯谐振梁加速度传感器，其特征在于：所述基底(1)与敏感质量板(2)材料相同，两者构成加速度传感器的主体。

3.如权利要求1所述的一种差动式石墨烯谐振梁加速度传感器，其特征在于：所述绝缘层一(3)、绝缘层二(4)、绝缘层三(8)可通过基底(1)材料热生长氧化、化学气相沉积方法形成，绝缘层一(3)、绝缘层二(4)、绝缘层三(8)厚度一致，且不大于敏感质量板(2)厚度的1/5。

4.如权利要求1所述的一种差动式石墨烯谐振梁加速度传感器，其特征在于：所述石墨烯谐振梁一(6)和石墨烯谐振梁二(7)的材料、几何尺寸一致，厚度为单层或多层石墨烯，长度与宽度远远大于其厚度，长宽比不小于5，沿敏感质量板(2)轴向方向放置，且处于真空环境。

5.如权利要求1所述的一种差动式石墨烯谐振梁加速度传感器，其特征在于：所述石墨烯谐振梁一(6)和石墨烯谐振梁二(7)均采用电学激励方式，激励电极对一(5)和激励电极对二(9)配有外部连接电路；

6.如权利要求1、2或3所述的差动式石墨烯谐振梁加速度传感器，其特征在于：所述的基底(1)和敏感质量板(2)材料可采用单晶硅或碳，绝缘层一(3)、绝缘层二(4)、绝缘层三(8)可采用二氧化硅或氮化硅。

7.如权利要求1所述的一种差动式石墨烯谐振梁加速度传感器，其特征在于：所述敏感质量板(2)上四个U型薄板结构支撑梁几何尺寸一致，单侧数量可为二或二的倍数。