硅纳米传感阵列巨压阻系数测量系统及四点弯曲施力装置制造方法
【专利摘要】本实用新型是关于一种硅纳米传感阵列巨压阻系数测量系统及四点弯曲施力装置，该系统由四点弯曲施力装置、微小阻值检测装置和微小应变检测装置三部分构成。其中四点弯曲施力装置给硅纳米线传感阵列芯片施加均匀轴向应力（应变），该装置包括船型底座、底座滑轨槽、镜像放置的等高L型夹具、镜像放置的等高L型载荷支撑平台、螺母、垫片、螺纹连杆、顶部连杆、若干质量的砝码、托盘以及加载压头。通过间距可调的加载压头上的连杆往托盘上添加砝码对硅纳米线施加压力，通过微小阻值检测装置测出受压后桥路两端输出电压。本实用新型装置制作简单、体积小、成本低廉、功耗低，由于利用阵列式多点平均测量技术，因而它具有更高精度和更好的稳定性。
【专利说明】硅纳米传感阵列巨压阻系数测量系统及四点弯曲施力装置
【技术领域】
[0001] 本实用新型属于微纳机电系统【技术领域】，具体涉及一种硅纳米传感阵列巨压阻系 数测量系统。
【背景技术】
[0002] 目前，随着微纳米加工和分析等技术的发展，研究发现半导体材料在微纳米尺度 下的尺寸效应、压阻效应、晶界效应等为其在力、热、光、电、磁等方面带来了独特性能，并由 此制造出功能强大、性能优越的微纳米级电子元器件，广泛应用于微纳电子机械系统的传 感器中，如压力传感器、加速度传感器及各种生化传感器。因此微纳米材料具有巨大的应用 前景。传统掺杂工艺的硅压敏电阻的电阻应变系数较小，随着传感器尺寸的变小，传统掺杂 工艺的压敏电阻已经不能满足现代高灵敏度测试的要求。硅纳米线作为一种新型的一维纳 米材料，一直未有较好的方法来对表征其压阻效应和力敏特性的重要参数--压阻系数进 行测量，极大地限制了硅纳米线传感结构的应用与开发。而硅纳米线传感结构能够具有巨 大的压阻系数，因此研究巨压阻系数对硅纳米线的实用化开发很有意义。目前利用原子力 显微镜（AFM)、扫描电子显微镜和透射电子显微镜（TEM)测量压阻系数时，发现靠近硅纳米 线的两端处于拉伸状态，中间部分处于压缩状态，两个区域由于压阻效应产生的电阻变化 相互抵消，使得测量准确性大为下降，其次，该方法设备复杂、昂贵、体积大，对环境、温度、 湿度均有严格的要求，在使用上不便捷，测量时间长。
[0003] 利用M0S沟道以及结型场效应管（JFET)沟道的压阻效应也可以实现压阻检测。但 是M0S沟道压阻检测的主要问题有三点。（1)M0S管是一种具有放大作用的晶体管，栅极 电压的微小变化会引起沟道阻抗的显著变化，因此抗干扰能力差。（2)为实现压阻检测需要 将M0S管连接成电桥，而M0S电桥存在负反馈，会造成压阻灵敏度的显著下降。理论计算表 明增强型M0S管电桥的灵敏度小于力敏电阻电桥的一半。（3)构件弯曲时，最大应力出现在 表面，随着深度的增加应力迅速下降。而M0S管结构特点决定了沟道无法制作在表面，造成 灵敏度下降。JFET沟道压阻结构也存在M0S沟道压阻结构类似的问题，即对栅极电压敏感 抗干扰能力差、存在负反馈会降低灵敏度等。 实用新型内容
[0004] 本实用新型/实用新型针对现有技术的不足，本实用新型提出了一种硅纳米传感 阵列巨压阻系数测量系统，以达到简化巨压阻系数的检测装置和提高检测灵敏度和精度的 目的，本实用新型利用多路复用开关实现阵列式多点平均测量应变和阻值的技术，因而它 具有更高精度和更好的稳定性，使用便捷，缩短了测量时间。
[0005] 为了达到以上目标，本实用新型提供了一种四点弯曲施力装置，包括船型底座、底 座滑轨槽、螺母、两个等高L型夹具、顶部连杆、两个等高L型载荷支撑平台、砝码、托盘和 加载压头，所述底座正表面标刻有刻度线，所述底座滑轨槽设置在所述底座的上端面；所述 等高L型夹具和等高L型载荷支撑平台分别相对于所述四点弯曲施力装置的中心线对称设 置，并且所述等高L型夹具和等高L型载荷支撑平台能滑动地设置在所述底座滑轨槽内；所 述加载压头设置在所述等高L型载荷支撑平台的上部；所述螺母包括上部螺母，所述上部 螺母设置在所述托盘和加载压头之间，所述顶部连杆从上至下依次穿过所述砝码、托盘中 部、上部螺母和加载压头中部；所述托盘和加载压头的两侧端部分别抵靠在所述等高L型 夹具上。
[0006] 进一步地，所述螺母还包括中部螺母和侧部螺母，分别用于将所述等高L型载荷 支撑平台和等高L型夹具固定在滑轨槽中；所述中部螺母和侧部螺母端部分别设置有螺纹 连杆，并与所述等高L型载荷支撑平台和等高L型夹具之间设置有垫片。
[0007] 进一步地，还包括硅纳米线传感阵列芯片，所述等高L型载荷支撑平台的顶部分 别设置一个三角形尖头，所述硅纳米线传感阵列芯片放置在所述三角形尖头上；所述加载 压头的底部带有两个可拆卸的等边三角形尖头，所述等边三角形尖头能移动地设置在所述 等高L型载荷支撑平台的顶部，并以刻度线的中间零点位置呈对称分布；所述等边三角形 尖头设置在所述加载压头和硅纳米线传感阵列芯片之间。
[0008] 进一步地，包括四点弯曲施力装置、微小阻值检测装置和微小应变检测装置，其 中，
[0009] 所述四点弯曲施力装置包括船型底座、底座滑轨槽、螺母、两个等高L型夹具、顶 部连杆、两个等高L型载荷支撑平台、砝码、托盘和加载压头，所述底座正表面标刻有刻度 线，所述底座滑轨槽设置在所述底座的上端面；所述等高L型夹具和等高L型载荷支撑平台 分别相对于所述四点弯曲施力装置的中心线对称设置，并且所述等高L型夹具和等高L型 载荷支撑平台能滑动地设置在所述底座滑轨槽内；所述加载压头设置在所述等高L型载荷 支撑平台的上部；所述螺母包括上部螺母，所述上部螺母设置在所述托盘和加载压头之间， 所述顶部连杆从上至下依次穿过所述砝码、托盘中部、上部螺母和加载压头中部；所述托盘 和加载压头的两侧端部分别抵靠在所述等高L型夹具上；
[0010] 所述微小阻值检测装置包括惠斯通电桥和微弱信号采集系统，所述惠斯通电桥由 所述硅纳米线传感阵列中的任一硅纳米线和与所述硅纳米线阻值相同的三个精密电阻构 成；所述微弱信号采集系统包括前置放大电路、第二级放大滤波电路、电压跟随器、模数转 换器和终端模块，所述前置放大电路、第二级放大滤波电路、电压跟随器、模数转换器和液 晶显示模块顺次连接；所述微弱信号采集系统与所述惠斯通电桥的电压输出端相连接；
[0011] 所述微小应变检测装置包括全桥式应变片，所述硅纳米线传感阵列芯片的正反面 的受力点位置各粘贴两片所述全桥式应变片，所述四片全桥式应变片构成四个应变全桥电 路；所述微弱信号采集系统与所述应变全桥电路的输出端相连接。
[0012] 进一步地，所述螺母还包括中部螺母和侧部螺母，分别用于将所述等高L型载荷 支撑平台和等高L型夹具固定在滑轨槽中；所述中部螺母和侧部螺母端部分别设置有螺纹 连杆，并与所述等高L型载荷支撑平台和等高L型夹具之间设置有垫片。
[0013] 进一步地，还包括硅纳米线传感阵列芯片，所述等高L型载荷支撑平台的顶部分 别设置一个三角形尖头，所述硅纳米线传感阵列芯片放置在所述三角形尖头上；所述加载 压头的底部带有两个可拆卸的等边三角形尖头，所述等边三角形尖头能移动地设置在所述 等高L型载荷支撑平台的顶部，并以刻度线的中间零点位置呈对称分布；所述等边三角形 尖头设置在所述加载压头和硅纳米线传感阵列芯片之间。
[0014] 进一步地，所述顶部连杆的连杆部分为螺纹状。
[0015] 进一步地，所述惠斯通电桥的供桥电压由精密电压源提供。
[0016] 进一步地，所述终端模块为液晶显示器或上位机。
[0017] 进一步地，包括多个惠斯通电桥，所述多个惠斯通电桥由多个阻值相同的硅纳米 线和精密电阻组成；所述多个惠斯通电桥与微弱信号采集系统之间设置有多路复位开关控 制电路。
[0018] 本实用新型的有益效果是：
[0019] 1.本实用新型对进行四点弯曲的硅纳米线传感阵列芯片的长度测试范围大，硅纳 米线传感阵列芯片的长度可以为连续变化的尺寸值，并且均在同一实验装置上安装测试。
[0020] 2.本实用新型对硅纳米线传感阵列芯片测试过程中均采用固定支撑平台，不会因 为固定端约束产生过多的影响因素，保证测试结果的准确性。
[0021] 3.本实用新型在测试硅纳米线传感阵列芯片时，可以调整两个支撑点以及两个加 载点的距离，消除测试样品在受压弯曲时产生过多伸长量，提高数据的准确性。
[0022] 4.本实用新型采用基于多点平均测量技术的微小阻值检测装置和微小应变检测 装置，整体装置制造简单、体积小、成本低、精度高、对环境的要求不高，测量时间大为减小， 有很强的市场推广价值。
【专利附图】
【附图说明】
[0023] 为了进一步说明本实用新型的内容及特点，结合以下附图进一步的描述，其中：
[0024] 图1.本实用新型的四点弯曲装置示意图。
[0025] 图2.被测硅纳米线传感阵列的正表面图。
[0026] 图3.被测硅纳米线传感阵列的背面图。
[0027] 图4.本实用新型的微小应变检测和微小阻值检测装置整体框图。
[0028] 图5.本实用新型的硅纳米线和其阻值相同的三个精密电阻组成的全桥电路。
[0029] 图6.本实用新型微小应变检测和微小阻值检测装置的多路复用开关控制电路。
[0030] 图7.本实用新型的前置放大电路。
[0031] 图8.本实用新型的第二级放大滤波电路与跟随器电路。
[0032] 图9.本实用新型的A/D转换电路。
【具体实施方式】
[0033] 为使本实用新型/实用新型实施例的目的和技术方案更加清楚，下面将结合本实 用新型/实用新型实施例的附图，对本实用新型/实用新型实施例的技术方案进行清楚、完 整地描述。显然，所描述的实施例是本实用新型/实用新型的一部分实施例，而不是全部的 实施例。基于所描述的本实用新型/实用新型的实施例，本领域普通技术人员在无需创造 性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型/实用新型保护的范围。 [0034] 本【技术领域】技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术 语和科学术语）具有与本实用新型/实用新型所属领域中的普通技术人员的一般理解相同 的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术 的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含 义来解释。
[0035] 本实用新型/实用新型中所述的"和/或"的含义指的是各自单独存在或两者同 时存在的情况均包括在内。
[0036] 本实用新型/实用新型中所述的"内、外"的含义指的是相对于设备本身而言，指 向设备内部的方向为内，反之为外，而非对本实用新型的装置机构的特定限定。
[0037] 本实用新型/实用新型中所述的"左、右"的含义指的是阅读者正对附图时，阅读 者的左边即为左，阅读者的右边即为右，而非对本实用新型的装置机构的特定限定。
[0038] 本实用新型/实用新型中所述的"连接"的含义可以是部件之间的直接连接也可 以是部件间通过其它部件的间接连接。
[0039] 图1是本实用新型的四点弯曲装置示意图；图2是被测硅纳米线传感阵列的正表 面图；图3.是被测硅纳米线传感阵列的背面图；图4是本实用新型的微小应变检测和微小 阻值检测装置整体框图；图5是本实用新型的硅纳米线和其阻值相同的三个精密电阻组成 的全桥电路；图6是本实用新型微小应变检测和微小阻值检测装置的多路复用开关控制电 路；图7是本实用新型的前置放大电路；图8是本实用新型的第二级放大滤波电路与跟随 器电路；图9是本实用新型的A/D转换电路。本实用新型提供的硅纳米传感阵列巨压阻系 数测量系统包括四点弯曲施力装置、微小阻值检测装置和微小应变检测装置三部分。其中 四点弯曲施力装置给硅纳米线传感阵列芯片施加均匀轴向应力(应变)，如图1所示，该装置 包括船型底座1、底座滑轨槽、镜像放置的等高L型夹具4、镜像放置的等高L型载荷支撑平 台12、螺母3、垫片9、螺纹连杆10、顶部连杆5、若干质量的砝码6、托盘7以及加载压头8。 下面详述该四点弯曲装置的装配步骤：
[0040] (a)镜像放置的等高L型夹具4分别在底座上面的滑轨槽内滑动，插入螺纹连杆 10,套上垫片9,再拧上螺母3,暂不拧紧，根据加载压头8的大小尺寸，利用底座1正表面的 刻度线2,对称地调整镜像放置的等高L型夹具4到指定位置，拧紧螺母3,使L型夹具4与 底座1紧固相连；
[0041] (b)镜像放置的等高L型载荷支撑平台12,插入螺纹连杆10,套上垫片9,再拧上 螺母3,暂不拧紧，根据硅纳米线传感阵列芯片13的长短不一的情况，利用底座1正表面的 刻度线2,对称地调整镜像放置的等高L型载荷支撑平台12到指定位置，拧紧螺母3,使之 与底座1紧固相连；
[0042] (c)通过往加载压头8的托盘7上添加砝码6,导致芯片受到轴向均匀应力，即可 开展四点弯曲试验。
[0043] 下面详述本实用新型提供的四点弯曲加载装置与硅纳米线的四点弯曲试验的巨 压阻系数检测过程，具体由以下步骤完成：
[0044] 本实用新型采用的测应变的方法是基于电阻应变计，将应变转化为电信号进行测 量。即在硅纳米线传感阵列芯片13的受力点紧贴应变片11，其效果为当硅纳米线传感阵 列芯片13发生一定程度的形变，应变片11也会产生相应的对等应变，输出与应变成正比 的电压信号，利用PC上位机进行数据处理后可得硅纳米线传感阵列的应变值。其工作过 程为：硅纳米线传感阵列受压发生轴向应变一应变片阻值发生变化一全桥输出电压发生变 化一小信号放大一数据处理一记录相关应变数据。为了提高硅纳米线的应变测量精度，本 实用新型采用应变片惠斯通全桥接法，其具有灵敏度高、测量范围宽、电路简单、精度高及 易于实现温度补偿等特点，很好地满足了应变测量的要求。应变全桥的5V电源电压采用 ADP3303 ；
[0045] 粘贴应变片是最重要的一个环节，在测量过程中，为了要让硅纳米线传感阵列的 变形如实地通过粘结层传递给应变片，要保证粘结层均匀、牢固、不产生蠕滑。其粘贴过程 为：检查应变片阻值一清洗硅纳米线传感阵列芯片的表面一粘贴应变片一固化一测应变片 的绝缘阻值一引出导线；
[0046] 通过杜邦线将多个应变计导电胶和应变片的接线端利用多路复用开关连接到微 弱信号采集系统构成微小应变检测装置。具体地，由于电桥输出的差模应变信号很小，基 于信号的特点，本实用新型采用AD公司生产的仪用集成运放AD620, AD620具有低功耗、增 益可调节、高输入阻抗和共模抑制比的仪用放大器，特别适用做小信号的前置放大级，0P07 具有低输入失调电压，低温漂，低输入噪声、电压幅度及长期稳定的高精度运算放大器，与 电阻电容构成有源低通放大电路，通过级联的方式给电桥的微弱小信号进行放大滤波；A/ D转换器是数据采集电路的核心部件，它负责输入的模拟信号转换为数字信号，以便中央处 理器进行处理。正确选用A/D转换器是提高数据采集电路精度的关键。本实用新型采用 的AD7794是ADI公司推出的高分辨的模数转换器，AD7794适合高精度测量应用中的低功 耗、低噪声、完整模拟前段、内置一个低噪声24位的6路差分输入的；还集成了片内低噪 声仪表放大器，因而可直接输入小信号到ADC。片内内置一个精密低噪声、低温漂带隙基准 电压源，也可采用最多两个外部差分基准源，片内特性包括可编程的激励电流源，熔断电流 控制和偏置电压产生器，通过低端电源开关可用来在两次转换之间关断桥式传感器，从而 使系统功能降到最低，输出速率可在4. 17HZ至470HZ的范围内变化，供电电压采用2. 5V 至5. 25V供电，其时钟信号端口，数据写入端口和数据输出端分别与低功耗特性单片机 STM32F103RBT6的PA3，PA5，PA6相连。AD7794的AIN1+和AIN1-用于采集电桥输出的模拟 电压，基准源为REF1+和REF1-，通过A/D模数转换后可以将数据保存在EEPR0M ;数据的处 理方面EEPR0M模块由于储存数据较多，选用储存空间较大，成本较低的AT24C256储存器。 这种EEPR0M具有32KB容量，通过I 2C总线与STM32相连，实现数据的储存与读取。RS232 实现与上位机的通信工作，成功的将大量测试数据传输给PC机做数据处理和分析。当然也 可以直观地将数值显示在IXD1602液晶上。
[0047] 当电桥处于平衡状态时Λ Usc=0,当娃纳米线传感阵列受到压载时带动应变片的 应变变化，从而产生AUsc的变化。根据公式e = AUsc/(Ui*K),可以计算娃纳米线传感 阵列受压后的应变值。
[0048] 其中：ε--娃纳米线的受压后的应变值；
[0049] Δ Use-应变片受压后全桥的输出电压；
[0050] Ui-应变全桥电源电压；
[0051] K--应变片的灵敏度系数。
[0052] 为了保证数据的更精确性，将多个应变片的全桥电路外接多路复用开关CD4052， ⑶4052是一个差分4通道数字控制模拟开关，有A、B两个二进制控制输入端和INH输入， 具有低导通阻抗和很低的截止漏电流。幅值为4. 5?20V的数字信号可控制峰峰值至20V 的模拟信号。例如，若VDD=+5V，VSS=0，VEE=-13. 5V，则0?5V的数字信号可控制-13. 5? 4. 5V的模拟信号，这些开关电路在整个VDD-VSS和VDD-VEE电源范围内具有极低的静态功 耗，与控制信号的逻辑状态无关，当INH输入端="1"时，所有通道截止。二位二进制输入 信号选通4对通道中的一通道，可连接该输入至输出。本实用新型采用的是第二路的Y通 道，将控制位A、B接到STM32的PA1，PA2使其置1和0。将多路复用开关⑶4052的各个通 道的值取平均，记录平均应变值进行后续的数据处理；
[0053] 由于Λ R/R非常小，万用表测量不太精确，需要采用某些测量电路，将电阻相对变 化Λ R/R的测量转换为电压的测量，通过Λ Uout= (Λ R/R)*U0式，可方便的计算出硅纳米 线13的阻值微小变化。
[0054] 其中：Λ Uout--电桥输出电压；
[0055] U0--电源电压(供桥电压）；
[0056] Λ R/R--娃纳米线的受压后阻值变化与受压前的阻值比。
[0057] 典型的测量电路采用惠斯通电桥，由于硅纳米线受到挤压应变，产生阻值的变化， 从而引起电桥的不平衡，产生了差动信号。直流放大器输入级阻抗很高，与桥壁阻抗相比， 其负载阻抗可视为无穷大。因此本实用新型采用了直流电桥，将硅纳米线传感阵列13中任 一硅纳米线和其阻值相同的三个精密电阻组成的惠斯通全桥电路，测量发生应变时其阻值 变化；
[0058] 本实用新型利用多路复用开关CD4052将多个惠斯通电桥与微弱信号采集系统构 成微小阻值检测装置，并将多个测量值取平均处理。其前置放大电路也是采用由AD620搭 建的放大电路，二级输出级放大电路也是由0Ρ07搭建的，为了抑制干扰，第一级作为一阶 的低通滤波器，为了提高驱动能力，保证信号不会在前放衰减的太多，最后一级作为电压跟 随器；微小阻值检测装置的A/D转换电器也采用高精度测量应用中的低功耗、低噪声、高分 辨的AD7794模数转换器。最终输出的平均电压值显示在液晶LCD1602上。采用了阵列式 多点平均测量技术提高阻值变化的测量精度。
[0059] 根据底座1的正表面的刻度线2,对称地调整镜像(两个对立）放置的等高L型载 荷支撑平台12顶部尖点之间距离，扭紧螺母3,固定在底座1上，然后将硅纳米线传感阵列 芯片13放置在支撑平台12上，保证硅纳米线13横平坚直，保证加载压头8载荷作用于指 定位置，保证加载的准确性和稳定性；
[0060] 加载压头先通过镜像(两个对立)放置的等高L型夹具3两边的滑轨将加载压头的 两个压点置于硅纳米线传感阵列芯片13的表面，通过加载压头8上的连杆5向托盘7上添 加若干质量的砝码6给硅纳米线传感阵列芯片13表面施加压力；
[0061] 缓慢地添加砝码，运行加载压头8时，记录硅纳米线传感阵列13平均后的应变和 阻值变化，并根据应变和阻值变化利用通用压阻系数公式实现对硅纳米线传感阵列的巨压 阻系数的测算。
[0062] 上述仅为本实用新型的具体实施例，并不限制本实用新型在其他材料压阻系数测 量时的应用，凡在本实用新型的精神和原则之内所做的修改、等同替换和改进等，均应包 含在本实用新型的保护范围之内。
[0063] 以上仅为本实用新型/实用新型的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能 因此而理解为对本实用新型/实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普 通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些均 属于本实用新型/实用新型的保护范围。
【权利要求】
1. 一种四点弯曲施力装置，其特征在于，包括船型底座（1)、底座滑轨槽、螺母（3)、两 个等高L型夹具（4)、顶部连杆（5)、两个等高L型载荷支撑平台（12)、砝码（6)、托盘（7)和 加载压头（8 )，所述底座（1)正表面标刻有刻度线（2 )，所述底座滑轨槽设置在所述底座（1) 的上端面；所述等高L型夹具（4)和等高L型载荷支撑平台（12)分别相对于所述四点弯 曲施力装置的中心线对称设置，并且所述等高L型夹具（4)和等高L型载荷支撑平台（12) 能滑动地设置在所述底座滑轨槽内；所述加载压头（8)设置在所述等高L型载荷支撑平台 (12)的上部；所述螺母（3)包括上部螺母，所述上部螺母设置在所述托盘（7)和加载压头 (8)之间，所述顶部连杆（5)从上至下依次穿过所述砝码（6)、托盘（7)中部、上部螺母和加 载压头（8)中部；所述托盘（7)和加载压头（8)的两侧端部分别抵靠在所述等高L型夹具 ⑷上。
2. 根据权利要求1所述的一种四点弯曲施力装置，其特征在于，所述螺母（3)还包括中 部螺母和侧部螺母，分别用于将所述等高L型载荷支撑平台（12)和等高L型夹具（4)固定 在滑轨槽中；所述中部螺母和侧部螺母端部分别设置有螺纹连杆（10)，并与所述等高L型 载荷支撑平台（12)和等高L型夹具（4)之间设置有垫片（9)。
3. 根据权利要求2所述的一种四点弯曲施力装置，其特征在于，还包括硅纳米线传感 阵列芯片（13)，所述等高L型载荷支撑平台（12)的顶部分别设置一个三角形尖头，所述硅 纳米线传感阵列芯片（13)放置在所述三角形尖头上；所述加载压头（8)的底部带有两个可 拆卸的等边三角形尖头，所述等边三角形尖头能移动地设置在所述等高L型载荷支撑平台 (12)的顶部，并以刻度线（2)的中间零点位置呈对称分布；所述等边三角形尖头设置在所 述加载压头（8)和硅纳米线传感阵列芯片（13)之间。
4. 一种硅纳米传感阵列巨压阻系数测量系统，其特征在于，包括四点弯曲施力装置、微 小阻值检测装置和微小应变检测装置，其中， 所述四点弯曲施力装置包括船型底座（1)、底座滑轨槽、螺母（3)、两个等高L型夹具 (4)、顶部连杆（5)、两个等高L型载荷支撑平台（12)、砝码（6)、托盘（7)和加载压头（8)，所 述底座（1)正表面标刻有刻度线（2)，所述底座滑轨槽设置在所述底座（1)的上端面；所述 等高L型夹具（4)和等高L型载荷支撑平台（12)分别相对于所述四点弯曲施力装置的中心 线对称设置，并且所述等高L型夹具（4)和等高L型载荷支撑平台（12)能滑动地设置在所 述底座滑轨槽内；所述加载压头（8)设置在所述等高L型载荷支撑平台（12)的上部；所述 螺母（3)包括上部螺母，所述上部螺母设置在所述托盘（7)和加载压头（8)之间，所述顶部 连杆（5)从上至下依次穿过所述砝码（6)、托盘（7)中部、上部螺母和加载压头（8)中部；所 述托盘（7 )和加载压头（8 )的两侧端部分别抵靠在所述等高L型夹具（4 )上； 所述微小阻值检测装置包括惠斯通电桥和微弱信号采集系统，所述惠斯通电桥由所述 硅纳米线传感阵列（13)中的任一硅纳米线和与所述硅纳米线阻值相同的三个精密电阻构 成；所述微弱信号采集系统包括前置放大电路、第二级放大滤波电路、电压跟随器、模数转 换器和终端模块，所述前置放大电路、第二级放大滤波电路、电压跟随器、模数转换器和液 晶显示模块顺次连接；所述微弱信号采集系统与所述惠斯通电桥的电压输出端相连接； 所述微小应变检测装置包括全桥式应变片（11)，所述硅纳米线传感阵列芯片（13)的 正反面的受力点位置各粘贴两片所述全桥式应变片（11)，所述四片全桥式应变片（11)构 成四个应变全桥电路；所述微弱信号采集系统与所述应变全桥电路的输出端相连接。
5. 根据权利要求4所述的一种硅纳米传感阵列巨压阻系数测量系统，其特征在于，所 述螺母（3)还包括中部螺母和侧部螺母，分别用于将所述等高L型载荷支撑平台（12)和等 高L型夹具（4)固定在滑轨槽中；所述中部螺母和侧部螺母端部分别设置有螺纹连杆（10)， 并与所述等高L型载荷支撑平台（12)和等高L型夹具（4)之间设置有垫片（9)。
6. 根据权利要求5所述的一种硅纳米传感阵列巨压阻系数测量系统，其特征在于，还 包括硅纳米线传感阵列芯片（13)，所述等高L型载荷支撑平台（12)的顶部分别设置一个三 角形尖头，所述硅纳米线传感阵列芯片（13)放置在所述三角形尖头上；所述加载压头（8) 的底部带有两个可拆卸的等边三角形尖头，所述等边三角形尖头能移动地设置在所述等高 L型载荷支撑平台（12)的顶部，并以刻度线（2)的中间零点位置呈对称分布；所述等边三角 形尖头设置在所述加载压头（8)和硅纳米线传感阵列芯片（13)之间。
7. 根据权利要求5或6所述的一种硅纳米传感阵列巨压阻系数测量系统，其特征在于， 所述顶部连杆（5)的连杆部分为螺纹状。
8. 根据权利要求4所述的一种硅纳米传感阵列巨压阻系数测量系统，其特征在于，所 述惠斯通电桥的供桥电压由精密电压源提供。
9. 根据权利要求8所述的一种硅纳米传感阵列巨压阻系数测量系统，其特征在于，所 述终端模块为液晶显示器或上位机。
10. 根据权利要求8或9所述的一种硅纳米传感阵列巨压阻系数测量系统，其特征在 于，包括多个惠斯通电桥，所述多个惠斯通电桥由多个阻值相同的硅纳米线和精密电阻组 成；所述多个惠斯通电桥与微弱信号采集系统之间设置有多路复位开关控制电路。
【文档编号】G01R27/02GK204101634SQ201420259503
【公开日】2015年1月14日 申请日期:2014年5月21日 优先权日:2014年5月21日
【发明者】张加宏, 杨敏, 刘清惓 申请人:南京信息工程大学