[实用新型]一种具有闭环功能的微力加载机构

说明书

技术领域

本实用新型涉及传感器技术领域，尤其涉及微力加载系统，具体地，涉及一种具有闭环功能的微力加载机构。

背景技术

随着纳米科技的迅速发展，微力加载作为微尺度环境下的一种重要测试手段已经受到了人们的广泛关注，它可以应用于微装配、微操作系统、生物力学测试、生物微操作、扫描力显微镜、原子力显微镜、台阶仪和划痕仪等领域。

但是，目前的微力加载不具有闭环功能，即不能对施加的微力进行监测，没有微力反馈功能，这样，在操作时不能实现微力加载的可测性，因此，在现阶段还不能得到很好的应用。

实用新型内容

为了解决上述问题，本发明人进行了锐意研究，设计了一种悬臂梁式微力加载机构，其中，在悬臂梁的自由端设置有压电驱动结构，所述压电驱动装置利用逆压电效应在电场下可以驱动设置在悬臂梁的自由端向下的微力加载触点对接触体产生微力，在悬臂梁的根部设置有压敏检测结构，所述压敏检测结构可以对压电驱动装置产生的微力进行检测，起到微力反馈的作用，赋予所述微力加载机构闭环功能，从而完成本实用新型。

本实用新型提供了一种具有闭环功能的微力加载机构，具体体现在以下几方面：

(1)一种具有闭环功能的微力加载机构，其中，所述机构包括U型支撑架1，在所述U型支撑架1的内侧面上水平设置有悬臂梁21，其中，在所述悬臂梁21的上表面、靠近自由端处设置有压电驱动结构211，在所述悬臂梁21的根部设置有压敏检测结构212；其中，

所述压电驱动结构211由下而上依次包括绝缘层2111、底电极2112、双层压电子结构2113和顶电极2114，所述双层压电子结构2113自下而上依次包括第一压电薄膜材料层21131、中间电极21132和第二压电薄膜材料层21133；

所述压敏检测结构212由四个压敏电阻构成，分别为第一压敏电阻R₁、第二压敏电阻R₂、第三压敏电阻R₃和第四压敏电阻R₄；

悬臂梁21与U型支撑架1连接的一端为悬臂梁21的根部，另一端为悬臂梁21的自由端。

(2)根据上述(1)所述的微力加载机构，其中，在所述悬臂梁21的自由端处向下设置有微力加载触点22。

(3)根据上述(1)所述的微力加载结构，其中，所述底电极2112为Ti/Pt电极，所述顶电极2114为Pt电极，所述中间电极21132为Pt电极。

(4)根据上述(1)所述的微力加载结构，其中，所述第一压电薄膜材料层21131和所述第二压电薄膜材料层21133均采用ZnO薄膜材料。

(5)根据上述(4)所述的微力加载机构，其中，所述第一压电薄膜材料层21131和所述第二压电薄膜材料层21133均采用Li掺杂的ZnO薄膜材料。

(6)根据上述(1)所述的微力加载机构，其中，所述四个压敏电阻构成惠斯通桥结构。

(7)根据上述(1)至(6)之一所述的微力加载机构，其中，所述U型支撑架1的高度为450～525μm。

(8)根据上述(1)至(6)之一所述的微力加载机构，所述悬臂梁21的厚度为5～20μm。

(9)根据上述(8)所述的微力加载机构，所述悬臂梁21的厚度为5～15μm。

(10)根据上述(9)所述的微力加载机构，所述悬臂梁21的厚度为5～8μm。

附图说明

图1示出本实用新型所述具有闭环功能的微力加载机构的结构示意图；

图2示出压敏检测结构的等效电路图；

图3-a示出所述压电驱动结构在无外加电场下的微力加载示意图；

图3-b示出所述压电驱动结构在外加电场下的微力加载示意图；

图4-1～图4-13示出所述微力加载机构的制作工艺流程图。

附图标记说明

1-U型支撑架；

21-悬臂梁；

211-压电驱动结构；

2111-绝缘层；

2112-底电极；

2113-双层压电子结构；

21131-第一压电薄膜材料层；

21132-中间电极；

21133-第二压电薄膜材料层；

2114-顶电极；

212-压敏检测结构；

R₁-第一压敏电阻；

R₂-第二压敏电阻；

R₃-第三压敏电阻；