[发明专利]一种基于石英圆环谐振器的原子力探针式传感器

说明书

本发明公开了一种基于石英圆环谐振器的原子力探针式传感器，石英圆环谐振器正下方连接有探针，探针正下方设置有压力膜，石英圆环谐振器的水平直径方向上设置有电极，电极包括相互连通在外环表面的第一电极与第四电极，相互连通在内环表面的第二电极与第三电极；控制电路用于控制激振电路、驱动电路输出控制信号，激振电路分别通过引线连接第一电极与第四电极以及第二电极与第三电极；压电陶瓷驱动器的输出端连接于在石英圆环谐振器顶部中心位置，压电陶瓷驱动器与探针相对于石英圆环谐振器中心呈对称安装；压电陶瓷驱动器的驱动端通过引线连接驱动电路。本发明利用原子力检测压力膜的表面形变，具有纳米级别的分辨率。

技术领域

本发明涉及一种测量微弱压力的压力传感器，特别涉及一种基于石英圆环谐振器的原子力探针式传感器。

背景技术

压力传感器是人们日常生活和工业实践中常见的一种传感器。压力传感器就是一种把待测压力（非电量）转变成电信号的器件。目前市场上常见的压力传感器有电阻应变式压力传感器、压阻式压力传感器及电容式压力传感器等。

电阻应变式压力传感器，利用压力改变电阻应变片的电阻值变化来测量压力，另外，由于电阻的自发热，会产生零点漂移。压阻式压力传感器是利用单晶硅的压阻效应构成的，需要在单晶硅的特定方向扩散一组等值电阻，当受到待测压力作用时，单晶硅产生应变，扩散在上面的应变电阻发生变化，再由桥式电路获相应的电压输出信号，其受温度的影响大。电容式压力传感器是一种利用电容敏感元件将待测压力转换成与之成一定关系的电量输出的压力传感器。环境温度、湿度会引起介质的介电常数或极板的几何尺寸、相对位置发生变化，从而影响其稳定性。同时，寄生电容的存在对测量准确度有极大影响。

据此，目前急需一种具有低温度敏感性、灵敏度及分辨率高、热稳定性及抗干扰能力强的基于石英圆环谐振器的原子力探针式传感器。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种具有低温度敏感性、灵敏度及分辨率高、热稳定性及抗干扰能力强的基于石英圆环谐振器的原子力探针式传感器。

本发明采用以下技术方案解决上述技术问题：

一种基于石英圆环谐振器的原子力探针式传感器，沿竖直方向设置有压力膜、探针、石英圆环谐振器、压电陶瓷驱动器、控制系统；

所述石英圆环谐振器正下方连接有探针，所述探针正下方设置有压力膜，所述石英圆环谐振器的水平直径方向上设置有电极，所述电极具体包括相互连通在外环表面的第一电极与第四电极，相互连通在内环表面的第二电极与第三电极；所述控制系统至少包括控制电路、激振电路和驱动电路，所述控制电路用于控制激振电路、驱动电路输出控制信号，所述激振电路分别通过引线连接第一电极与第四电极以及第二电极与第三电极，在激振电路的作用下产生水平径向的交变电场；所述压电陶瓷驱动器的输出端连接于在石英圆环谐振器顶部中心位置，压电陶瓷驱动器与探针相对于石英圆环谐振器中心呈对称安装；所述压电陶瓷驱动器的驱动端通过引线连接驱动电路。

作为本发明的优选方式之一，还包括输入端口，所述输入端口安装于控制系统上，用于连接显示器以及输入、输出设备。

作为本发明的优选方式之一，所述压力膜的材料为单晶硅，压力膜通过湿法腐蚀工艺制得。

作为本发明的优选方式之一，所述探针的材质为钨，探针粘连在石英圆环谐振器的底端。

作为本发明的优选方式之一，所述电极材料为Cr/Au层。

作为本发明的优选方式之一，还包括法兰盘、待测压力输入端、压力舱，所述待测压力输入端结构为空心的外螺纹通孔，所述外螺纹通孔通过法兰盘与压力舱一端连接，压力舱另一端连接压力膜底部。