一種集成3-D MEMS力傳感器的微夾持器的研究.pdf

1、過(guò)去的十多年間，微操作技術(shù)得到了長(zhǎng)足的發(fā)展，其應(yīng)用已經(jīng)廣泛涉及到微系統(tǒng)、生物工程、醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域。當(dāng)前，大多數(shù)情況下只是在視覺(jué)伺服控制下進(jìn)行微操作，在操作過(guò)程中，由于不能獲取有效的微力反饋信息，很難實(shí)現(xiàn)高精度和可靠的控制。微夾持器在操作過(guò)程中直接與物體、周圍環(huán)境接觸，存在復(fù)雜的交互力。針對(duì)現(xiàn)有的微夾持器不能檢測(cè)有關(guān)力的信息，或只能感知一維力信息的不足，研制了一種集成3-DMEMS傳感器的微夾持器。
　　在參閱了國(guó)內(nèi)外大量微夾持器、微力

2、傳感器的文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，從微觀領(lǐng)域的實(shí)際情況出發(fā)，以驅(qū)動(dòng)方式為根據(jù)，提出了一種集成3-D微力傳感的微夾持器的結(jié)構(gòu)原型。對(duì)基于柔性鉸鏈的微位移放大機(jī)構(gòu)進(jìn)行數(shù)學(xué)建模、力學(xué)分析，并利用有限元軟件仿真，實(shí)現(xiàn)參數(shù)優(yōu)化。
　　為滿足微夾持器的需要，設(shè)計(jì)了半導(dǎo)體壓阻式MEMS微力傳感器，分析了微力傳感器的工作原理，對(duì)其結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行了建模、分析，求取了結(jié)構(gòu)的最優(yōu)參數(shù)；給出了壓阻式傳感器的基本設(shè)計(jì)原則，選擇了合理的材料，以力學(xué)分析為根據(jù)，確定了力敏電

3、阻條的位置，并對(duì)電阻條進(jìn)行了設(shè)計(jì)，介紹了微機(jī)械制作技術(shù)，給出了傳感器芯片制備流程。
　　針對(duì)傳感器測(cè)量力極小的特點(diǎn)，采取了利用懸臂梁加載、顯微視覺(jué)測(cè)量的微力間接標(biāo)定法進(jìn)行傳感器標(biāo)定，設(shè)計(jì)了懸臂梁、標(biāo)定裝置，采用線性解耦方法，進(jìn)行了標(biāo)定實(shí)驗(yàn)，求解出標(biāo)定矩陣，對(duì)傳感器的靜態(tài)性能進(jìn)行了測(cè)試。
　　集成了微夾持器，測(cè)試了微夾持器位移特性，獲得了電壓－位移曲線，通過(guò)夾持實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了這種微夾持器方案切實(shí)可行。
　　微夾持器是實(shí)現(xiàn)微