【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及微/納機電系統，尤其涉及一種溫度自補償的二維材料諧振mems壓力傳感器、測量方法及制備方法。
技術介紹
1、諧振式傳感器是利用諧振元件(如振弦、振筒、振梁、振膜等)將被測參量轉換為頻率信號的傳感器，又稱頻率式傳感器。其工作原理基于諧振原理，當被測參量發生變化時，會引起振動元件的固有振動頻率發生變化，通過測量裝置將這一頻率變化轉換為電信號輸出，從而實現對被測參量的測量。諧振式壓力傳感器是以測量諧振元件的固有頻率作為壓力的函數為基礎的，當外界壓力作用在傳感器的敏感元件上時，敏感元件會發生變形從而引起等效剛度的變化，導致諧振固有頻率發生變化。與傳統壓力傳感器相比，它具有微型化、集成化、靈敏度高、穩定性好、分辨率高、響應快和數字輸出等優點。目前，該類傳感器通常采用金屬、石英或硅材料作為諧振器，通過電學或光學方式激發和檢測。對于光學方法，可以用強度調制的激光束以光熱方式激發諧振器振動，然后通過光學干涉法檢測激發的諧振。與電諧振式傳感器相比，光纖諧振式傳感器具有小型化、靈敏度高、抗電磁干擾、多路復用能力強、膜保護等優勢。
2、石墨烯具有優異的性能，如單原子層厚度、高楊氏模量、高熱導率、優異的疲勞性能，其過載能力遠優于硅等材料，因而石墨烯膜作為諧振敏感膜具有良好的潛力。基于石墨烯的納機電系統(nems)已應用于壓力傳感器，可以采用石墨烯作為超敏感膜來檢測壓力，用石墨烯膜取代傳統mems壓力傳感器中的傳統硅膜將顯著提高其響應性并減小其尺寸。然而，目前石墨烯諧振式壓力傳感器的研究依然局限于實驗室環境之中，且大多聚焦于石墨
3、此外，對于石墨烯諧振式壓力傳感器，溫度和空氣阻尼等環境因素會導致諧振頻率的變動，這樣既會降低傳感器的測量精度，也會對其工作穩定性造成不利影響。
技術實現思路
1、為了解決現有技術中存在的石墨烯諧振式壓力傳感器的溫度漂移的問題，本專利技術提供了如下技術方案，一種溫度自補償二維材料諧振mems壓力傳感器、測量方法及制備方法，其中使用的雙二維材料諧振子的差動結構可以有效補償溫度帶來的影響，從而提高了該傳感器的靈敏度、精度及穩定性，具有尺寸小、抗干擾能力強、穩定性高的優勢，在深空壓力探測、汽車工業等領域具有重要的應用價值。
2、本專利技術一方面提供了一種溫度自補償二維材料諧振mems壓力傳感器，包括：
3、硅壓力敏感膜(1)、二維材料壓力敏感膜(2)、二維材料溫度補償膜(3)、玻璃封蓋(4)和玻璃毛細管(5)；其中：
4、所述硅壓力敏感膜(1)的上表面設置兩個盲孔，兩個盲孔內分別放置所述二維材料壓力敏感膜(2)和所述二維材料溫度補償膜(3)；所述硅壓力敏感膜(1)的下表面刻蝕并形成深腔，所述深腔用于作為壓力敏感區域，根據待測壓力環境和靈敏度需求調節所述深腔的結構尺寸；
5、所述二維材料壓力敏感膜(2)設置在所述硅壓力敏感膜(1)的上表面正中心，所述二維材料壓力敏感膜(2)被真空封裝后作為壓力敏感諧振子，同時敏感壓力和溫度變化；所述二維材料壓力敏感膜(2)連接一個或多個二維材料壓力敏感膜檢測光纖(6)；在所述二維材料壓力敏感膜檢測光纖(6)的光熱激勵下，所述二維材料壓力敏感膜(2)產生諧振，待測壓力直接作用于所述硅壓力敏感膜(1)的下表面使其產生形變，進而使得所述二維材料壓力敏感膜(2)發生等效剛度變化，并改變所述二維材料壓力敏感膜(2)的諧振頻率；基于諧振頻率的變化計算對應的待測壓力的相對變化；
6、所述二維材料溫度補償膜(3)設置在所述硅壓力敏感膜(1)的上表面的邊緣位置，所述二維材料溫度補償膜(3)連接一個或多個二維材料溫度補償膜檢測光纖(7)；所述二維材料溫度補償膜(3)具有不受待測壓力影響而只受環境溫度變化影響的性質；
7、所述玻璃封蓋(4)設置在所述硅壓力敏感膜(1)上表面，并且與所述硅壓力敏感膜(1)通過陽極鍵合的工藝進行封裝，所述玻璃封蓋(4)用于為所述二維材料壓力敏感膜(2)和所述二維材料溫度補償膜(3)提供真空環境；
8、所述玻璃毛細管(5)設置在所述玻璃封蓋(4)的上表面，用于固定所述二維材料壓力敏感膜檢測光纖(6)和所述二維材料溫度補償膜檢測光纖(7)，使所述二維材料壓力敏感膜檢測光纖(6)和所述二維材料溫度補償膜檢測光纖(7)的光纖出射光能通過玻璃封蓋(4)分別照射至所述二維材料壓力敏感膜(2)和所述二維材料溫度補償膜(3)上，并分別反射回所述二維材料壓力敏感膜檢測光纖(6)和所述二維材料溫度補償膜檢測光纖(7)中。
9、優選的，所述二維材料壓力敏感膜(2)和所述二維材料溫度補償膜(3)的形狀與幾何尺寸一致，且處于真空環境。
10、優選的，所述二維材料壓力敏感膜(2)與二維材料溫度補償膜(3)為單層或多層，為圓形、方形、雙端固支振梁或圖案化的結構形式。
11、優選的，所述二維材料壓力敏感膜(2)和所述二維材料溫度補償膜(3)所采用的激勵-檢測方式一致，為光學激勵-光學檢測方式、電學激勵-電學檢測方式、光學激勵-電學檢測方式和電學激勵-光學檢測方式中的任意一種。
12、優選的，所述二維材料壓力敏感膜檢測光纖(6)和所述二維材料溫度補償膜檢測光纖(7)為單模、多模光纖或光纖與光學器件的熔接組件中的任意一種。
13、優選的，所述二維材料壓力敏感膜(2)、所述二維材料溫度補償膜(3)、所述二維材料壓力敏感膜檢測光纖(6)和所述二維材料溫度補償膜檢測光纖(7)的材料為石墨烯膜、hbn薄膜、mxene薄膜、黑磷薄膜或過渡金屬硫化物薄膜。
14、優選的，所述玻璃封蓋(4)所使用的玻璃具有高光學透過率以及與硅材料相本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種溫度自補償二維材料諧振MEMS壓力傳感器，其特征在于，包括：
2.根據權利要求1所述的一種溫度自補償二維材料諧振MEMS壓力傳感器，其特征在于，所述二維材料壓力敏感膜(2)和所述二維材料溫度補償膜(3)的形狀與幾何尺寸一致，且處于真空環境。
3.根據權利要求2所述的一種溫度自補償二維材料諧振MEMS壓力傳感器，其特征在于，所述二維材料壓力敏感膜(2)與二維材料溫度補償膜(3)為單層或多層，為圓形、方形、雙端固支振梁或圖案化的結構形式。
4.根據權利要求3所述的一種溫度自補償二維材料諧振MEMS壓力傳感器，其特征在于，所述二維材料壓力敏感膜(2)和所述二維材料溫度補償膜(3)所采用的激勵-檢測方式一致，為光學激勵-光學檢測方式、電學激勵-電學檢測方式、光學激勵-電學檢測方式和電學激勵-光學檢測方式中的任意一種。
5.根據權利要求4所述的一種溫度自補償二維材料諧振MEMS壓力傳感器，其特征在于，所述二維材料壓力敏感膜檢測光纖(6)和所述二維材料溫度補償膜檢測光纖(7)為單模、多模光纖或光纖與光學器件的熔接組件中的任意一種。>
6.根據權利要求5所述的一種溫度自補償二維材料諧振MEMS壓力傳感器，其特征在于，所述二維材料壓力敏感膜(2)、所述二維材料溫度補償膜(3)、所述二維材料壓力敏感膜檢測光纖(6)和所述二維材料溫度補償膜檢測光纖(7)的材料為石墨烯膜、hBN薄膜、MXene薄膜、黑磷薄膜或過渡金屬硫化物薄膜。
7.根據權利要求6所述的一種溫度自補償二維材料諧振MEMS壓力傳感器，其特征在于，所述玻璃封蓋(4)所使用的玻璃具有高光學透過率以及與硅材料相接近的熱膨脹系數；所述玻璃為Pyrex7740玻璃或者同類型的玻璃。
8.根據權利要求7所述的一種溫度自補償二維材料諧振MEMS壓力傳感器，其特征在于，所述玻璃毛細管(5)為任意可微加工或機械加工的具有高光學透過率的材料，包括聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯和聚苯乙烯中的任意一種。
9.一種權利要求1-8任一所述的溫度自補償二維材料諧振MEMS壓力傳感器的壓力測量方法，其特征在于，包括：
10.一種權利要求1-8任一所述的溫度自補償二維材料諧振MEMS壓力傳感器的制備方法，其特征在于，包括：微加工工藝流程以及裝配工藝流程；
...【技術特征摘要】
1.一種溫度自補償二維材料諧振mems壓力傳感器，其特征在于，包括：
2.根據權利要求1所述的一種溫度自補償二維材料諧振mems壓力傳感器，其特征在于，所述二維材料壓力敏感膜(2)和所述二維材料溫度補償膜(3)的形狀與幾何尺寸一致，且處于真空環境。
3.根據權利要求2所述的一種溫度自補償二維材料諧振mems壓力傳感器，其特征在于，所述二維材料壓力敏感膜(2)與二維材料溫度補償膜(3)為單層或多層，為圓形、方形、雙端固支振梁或圖案化的結構形式。
4.根據權利要求3所述的一種溫度自補償二維材料諧振mems壓力傳感器，其特征在于，所述二維材料壓力敏感膜(2)和所述二維材料溫度補償膜(3)所采用的激勵-檢測方式一致，為光學激勵-光學檢測方式、電學激勵-電學檢測方式、光學激勵-電學檢測方式和電學激勵-光學檢測方式中的任意一種。
5.根據權利要求4所述的一種溫度自補償二維材料諧振mems壓力傳感器，其特征在于，所述二維材料壓力敏感膜檢測光纖(6)和所述二維材料溫度補償膜檢測光纖(7)為單模、多模光纖或光纖與光學器件的熔接組件中的任意一種。
6...
還沒有人留言評論。發表了對其他瀏覽者有用的留言會獲得科技券。