[发明专利]一种基于面内谐振的MEMS流体黏度传感器芯片及其制备方法

摘要

本发明公开了一种基于面内谐振的MEMS流体黏度传感器芯片及其制备方法，包括硅基底、四个弹性固支梁和中间的振子，两根导线分别布置在振子两侧的固支梁上。芯片底部外加磁铁用于提供恒定磁场，磁感线方向垂直于芯片平面，将其中一根导线通入一定频率的正弦交变电流，则这根导线所在的固支梁受交变洛伦兹力作用做面内振动，从而带动振子和另外一侧固支梁做受迫振动，则另外一根导线切割磁感线而产生感应电动势。将H型硅微双端固支梁结构浸入被测流体中，改变正弦交变电流的频率使得固支梁发生谐振，根据感应电动势的输出幅值大小可获得固支梁在被测流体中的谐振频率。根据在不同流体中H型双端固支梁谐振频率和品质因子的改变来实现流体黏度的测量。

主权项

1.一种基于面内谐振的MEMS流体黏度传感器芯片，其特征在于，包括H型硅微双端固支梁结构和硅基底(6)；H型硅微双端固支梁结构包括振子(1)、设置于振子(1)两侧的四个弹性固支梁和导线(7～8)；四个弹性固支梁包括第一弹性固支梁(2)、第二弹性固支梁(3)、第三弹性固支梁(4)和第四弹性固支梁(5)；第一弹性固支梁(2)和第二弹性固支梁(3)平行设置于矩形的振子(1)一侧，第三弹性固支梁(3)和第四弹性固支梁(4)平行设置于矩形的振子(1)另一侧；第一弹性固支梁(2)和第四弹性固支梁(5)位于同一直线上；第二弹性固支梁(3)和第三弹性固支梁(4)位于同直线上；振子(1)和四个弹性固支梁呈H型；导线(7～8)包括两条，一条设置于第一弹性固支梁(2)和第四弹性固支梁(5)上，另一条设置于第二弹性固支梁(3)和第三弹性固支梁(4)上；H型硅微双端固支梁结构的四个弹性固支梁末端固定于硅基底(6)的空腔中；测量流体黏度时，基于面内谐振的MEMS流体黏度传感器芯片浸入被测流体中，H型硅微双端固支梁结构中振子(1)的振动方向为y方向，z方向垂直于振子(1)上表面，x方向平行于弹性固支梁的长度方向；x方向、y方向和z方向相互垂直构成直角坐标系；被测流体的黏度η_f为：其中，η_f与ρ_f分别为待测流体的测量黏度和测量密度，C为常数，f_f为H型双端固支梁在流体中的谐振频率，Q_f和Q_vac分别为H型双端固支梁在被测流体和真空环境中的品质因子；被测流体的密度ρ_f为：其中，f为H型硅微双端固支梁结构的本征频率，h、l和ρ_c分别为H型硅微双端固支梁结构的厚度、长度和密度，w为弹性固支梁的宽度，E为H型硅微双端固支梁结构的杨氏模量，f_fluid为H型硅微双端固支梁结构在被测流体中的谐振频率；公式(1)中将η_f与ρ_f替换为待测液体的参考值，其它参数代入测试值，计算出常数C；所述基于面内谐振的MEMS流体黏度传感器芯片能够实现面内振动，且与被测流体之间为滑膜阻尼。