[发明专利]具有单自由端的弯曲梁微谐振式静电计及电荷检测方法

权利要求书

1.一种利用具有单自由端的弯曲梁微谐振式静电计的电荷检测方法，其特征在于，所述的 具有单自由端的弯曲梁微谐振式静电计设有接地电极、基底、谐振子、驱动电极、感应电极、输入电极和锚端；谐振子上所设的两条弯曲梁的两端相互连接，连接后的两端分别构成固定端和检测端；固定端与接地电极连接；检测端通过柔性支撑梁与锚端连接，实现平行于基底平面且垂直于支撑梁方向的单自由度；检测端与输入电极构成平板式输入电容，待检测电荷从输入电极输入；两条弯曲梁的外圆中部处均设有平板电极；平板电极的两侧分别与驱动电极和感应电极构成驱动电容和感应电容；驱动电容用于加载电信号驱动谐振子进行平面内谐振；感应电容用于感应谐振运动输出谐振电流；接地电极、驱动电极、感应电极、输入电极和锚端均与基底固定连接；基底上设有掏空区域，谐振子悬浮于该掏空区域，由接地电极与锚端提供谐振子的支撑；所述的弯曲梁为具有一定曲率的柔性梁，梁的长度范围为20μm~2mm；长宽比范围为10~400；所述的弯曲梁的外形为规则圆弧，圆弧的圆心角范围为0°~180°，但不包括0°；

所述电荷检测方法为：所设的微谐振式静电计实际工作时，通过驱动电极电激励平板电极从而驱动弯曲梁实现弹性谐振模态，并通过感应电极处输出带有谐振频率的交流信号；弯曲梁的振动带动检测端沿着支撑梁的径向进行同步振动，检测端处产生弹性谐振运动的最大位移；待检测电荷加载于输入电极并产生静电力作用于检测端上，在振动过程中该静电力对弯曲梁的弹性振动模态做功实现振动的干扰，改变其振动的等效刚度从而按一定规律改变其谐振频率；由此根据微谐振式静电计输出的谐振频率变化推导出被检测的电荷量，实现电荷检测功能。

2.根据权利要求1所述的电荷检测方法，其特征在于所述的柔性支撑梁，其宽度范围为1~10μm；长宽比范围为50~500。

3.根据权利要求1所述的电荷检测方法，其特征在于所述的平板式输入电容的极板间距为50nm~5μm。

4.根据权利要求1所述的电荷检测方法，其特征在于所述的平板式输入电容的极板方向与支撑梁平行。

5.根据权利要求1所述的电荷检测方法，其特征在于所述的基底由绝缘材料制备。

6.根据权利要求5所述的电荷检测方法，其特征在于所述的绝缘材料为二氧化硅。

7.根据权利要求1所述的电荷检测方法，其特征在于所述的接地电极、驱动电极、感应电极、输入电极和锚端均为导体材料。

8.根据权利要求7所述的电荷检测方法，其特征在于所述的导体材料包括单晶硅或多晶硅。