翘板式电容差分传感器及传感系统的制作方法

本发明涉及微测量技术领域，更具体地，本发明涉及一种翘板式电容差分传感器、及一种翘板式电容差分传感系统。

背景技术：

一直以来，对微位移、微力等的微测量技术备受人们关注，特别是近些年在mems器件的表征、生物细胞的精密操作、新材料表面性质的表征等领域都迫切需要微位移、微力等微测量用传感器。该微位移测量通常指分辨率在100纳米(nm)以内的位移的测量，而微力测量通常指分辨率在100微牛(μn)以下的力的测量。

电容式传感器因具有较高的分辨率被广泛地应用在微操作领域。以电容的变化来测量力、位移主要有两种方法，一种是间隙变化型的电容式传感器，另一种是面积变化型的电容式传感器，其中，对于间隙变化型的电容式传感器，目前基本采用使得传感器的动极板在外力的作用下平动的结构，因此，非常有必要提供其它结构形式的间隙变化型的电容式传感器，以丰富电容式传感器的结构形式，进而提供更多的选择。

技术实现要素：

本发明实施例的一个目的是提供一种间隙变化型的电容式传感器的新的技术方案。

根据本发明的第一方面，提供了一种翘板式电容差分传感器，其根据本发明的第一方面，提供了一种翘板式电容差分传感器，其包括差分信号输出端、接地端、目标件、探针、转动连接部和两个感应件，所述两个感应件与所述差分信号输出端对应连接；所述探针与所述目标件固定连接，以向所述目标件传递作用力；所述目标件连接在所述转动连接部上、且与所述接地端连接；所述转动连接部与所述两个感应件限制相对移动地固定连接，以将所述目标件、所述转动连接部和所述两个感应件连接形成一个结构整体；

所述结构整体通过所述两个感应件各自与所述目标件组成一个单极电容；所述结构整体被设置为使得所述目标件在接收到所述作用力时绕所述转动连接部转动至对应的平衡位置，且所述转动使得所述两个单极电容的极板间距产生大小相等、方向相反的变化，以经由所述差分信号输出端输出差分信号。

可选的是，所述传感器还包括另外两个感应件，所述另外两个感应件与所述差分信号输出端对应连接，且所述另外两个感应件与所述转动连接部相对固定，以将所述目标件、所述转动连接部和所述另外两个感应件连接形成另一个所述结构整体。

可选的是，所述传感器还包括偏置电压输入端和另外两个感应件，所述另外两个感应件均与所述偏置电压输入端连接；所述另外两个感应件与所述转动连接部相对固定，以将所述目标件分别与所述另外两个感应件连接形成一个静电驱动器。

可选的是，所述转动连接部为弹性扭梁，所述弹性扭梁的两端与所述两个感应件相对固定，且所述目标件与所述弹性扭梁的中间段连接。

可选的是，所述弹性扭梁与所述目标件一体成型。

可选的是，所述弹性扭梁为一根金属线，所述目标件设置有一列穿线孔，所述目标件通过使得所述金属线依次穿过每一穿线孔的结构连接在所述转动连接部上；或者，

所述弹性扭梁为两根金属线，所述目标件设置有沿相同方向排列的两列穿线孔，所述目标件通过使得每根金属线依次穿过对应列的每一穿线孔的结构连接在所述转动连接部上。

可选的是，所述目标件支撑在所述转动连接部上，且所述转动连接部与所述目标件点接触连接。

可选的是，所述探针与所述目标件一体成型。

可选的是，所述传感器还包括与所述目标件一体成型的夹具预留部，所述夹具预留部经由所述目标件的边缘向外平行延伸；所述探针成型于所述夹具预留部的边缘处，且被弯折为垂直于所述夹具预留部。

可选的是，所述感应件包括电容感应体和与所述电容感应体绝缘连接的电容屏蔽体，所述感应件通过所述电容感应体与所述目标件形成对应的单极电容；

所述电容屏蔽体与所述接地端连接，所述转动连接部固定连接在任意感应件的电容屏蔽体上，所述目标件通过固定连接在一起的转动连接部和电容屏蔽体与所述接地端连接。

可选的是，所述两个单极电容在所述目标件处于非受力的平衡位置下的初始极板间距不等。

根据本发明的第二方面，提供了一种翘板式电容差分传感系统，其包括信号处理器、显示器、及根据本发明第一方面所述的翘板式电容差分传感器，所述传感器的差分信号输出端与所述信号处理器的差分信号输入端对应连接，以将所述传感器产生的差分信号输出至所述信号处理器，所述传感器的接地端与所述信号处理器的地线连接；所述信号处理器被设置为根据所述差分信号计算所述作用力和/或对应所述作用力的极板位移，并将计算结果输出至所述显示器进行显示。

本发明的发明人发现，在现有技术中，应用于微操作领域的电容式传感器存在结构类型单一的问题。因此，本发明翘板式电容差分传感器提出了通过翘板式结构形成间隙变化型的电容式传感器的方案，该种结构同样可以实现高分辨率以满足微操作领域的要求，而且结构简单，易于加工制造。

通过以下参照附图对本发明的示例性实施例的详细描述，本发明的其它特征及其优点将会变得清楚。

附图说明

被结合在说明书中并构成说明书的一部分的附图示出了本发明的实施例，并且连同其说明一起用于解释本发明的原理。

图1为根据本发明传感器的一种实施例的结构示意图；

图2为根据本发明传感器的初始极板间距不等的第一种实施例的结构示意图；

图3为根据本发明传感器的初始极板间距不等的第二种实施例的结构示意图；

图4为根据本发明传感器的初始极板间距不等的第三种实施例的结构示意图；

图5为根据本发明传感器的初始极板间距不等的第四种实施例的结构示意图；

图6为根据本发明传感器的初始极板间距不等的第五种实施例的结构示意图；

图7a为图1至图6中感应件的一种实施例的俯视示意图；

图7b为图7a所示感应件的a-a向剖视示意图；

图8为目标件和转动连接部一体成型的一种实施例的结构示意图；

图9为目标件和转动连接部一体成型的第二种实施例的结构示意图；

图10为目标件和转动连接部一体成型的第三种实施例的结构示意图；

图11为目标件和转动连接部单独成型的一种实施例的结构示意图；

图12为目标件和转动连接部单独成型的第二种实施例的结构示意图；

图13为目标件和转动连接部单独成型的第三种实施例的结构示意图；

图14为两个感应件和转动连接部相对固定的一种固定结构的分解示意图；

图15为根据本发明传感系统的一种实施结构的方框原理图。

附图标记说明：

1-目标件；101、102-穿线孔；

2-探针；3、3a、3b-感应件；

302-电容屏蔽体；303-绝缘主体；

3031-绝缘圈；301a、301b-电容感应体；

4-夹具预留部；5、5a、5b、5c-转动连接部；

502a-扭梁固定件；5021a-连接通孔；

6-隔离件；601-连接通孔；

sa-结构整体；u1-传感器；

u2-信号处理器；u3-显示器；

lout+、lout-：差分信号输出端；lg-接地端；

c1-第一单极电容；c2-第二单极电容。

具体实施方式

现在将参照附图来详细描述本发明的各种示例性实施例。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。

以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。

对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。

在这里示出和讨论的所有例子中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它例子可以具有不同的值。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

图1为根据本发明传感器的一种实施例的结构示意图。

根据图1所示，本发明的翘板式电容差分传感器采用双单极电容差分结构进行测量，以提高传感器抗共模干扰的能力。该双单极电容差分结构包括一个目标件1、两个感应件3(分别被标记为3a、3b)和转动连接部5。

目标件1连接在转动连接部5上，以形成单翘板结构或者双翘板结构，其中，单翘板为转动连接部5位于目标件1一端的结构，而双翘板为转动连接部5位于目标件1中间的结构。目标件1通过转动连接部5的连接作用：保持与两个感应件3a、3b之间的间隙以形成单极电容，保持在非受力状态下的平衡位置、及限制相对转动连接部5的运动自由度为绕转动连接部5的转动，进而使得目标件1在被施加作用力时实现翘板式运动。

该传感器还包括探针2，探针2固定连接在目标件1上，以在接触被测物体时向目标件1传递能够产生转矩的作用力，进而使目标件1发生翘板式运动。该探针2优选与目标件1垂直，以提高产生的差分信号的强度。

在该双单极电容差分结构中，目标件与其中一个感应件3a形成第一单极电容、及与另一个感应件3b形成第二单极电容，且目标件1在被施加作用力绕转动连接部5转动时，第一单极电容的极板间距(即目标件与一个感应件之间的间距)与第二单极电容的极板间距(即目标件与另一个感应件之间的间距)被设置为发生相反的变化，且变化量相同，进而将通过双单极电容差分结构输出表征作用力大小和/或对应作用力的极板位移的差分信号。而该种通过翘板式结构输出差分信号的设计能够大大简化传感器的结构，进而降低传感器的生产制造成本。

为了输出差分信号，上述两个感应件3a、3b应该与传感器的差分信号输出端对应连接，该差分信号输出端可以是引线或者针脚等，而目标件1则应该与传感器的接地端连接，该接地端同样可以是引线或者针脚等，两个差分信号输出端在测量时与信号处理器u2的两个差分信号输入端对应连接，而接地端直接与信号处理器u2的地线连接即可。

在此，可以设置目标件1通过相邻部件与接地端电性连接，而无需为目标件1配置特定导线，这可以大大缩减作为运动件的目标件1的体积和重量进而提高传感器的动态性能。转动连接部5与两个感应件3a、3b限制相对移动地固定连接，以将目标件1、转动连接部5和两个感应件3a、3b连接形成一个结构整体sa。该“限制相对移动”说明转动连接部5至多只能在目标件1接收到作用力时相对两个感应件3a、3b发送扭转，进而带动相连接的目标件1绕其扭转中心转动，而无法相对两个感应件3a、3b平动，以限制因目标件1的平动带来极板间距的变化。该种限制只要在标定的量程范围内实施即可，换言之，根据不同的限制结构，超过量程范围的作用力可能会导致该种限制失效。

该种限制的作用体现在：对于应用在微操作领域的电容式传感器，其单极电容的初始极板间距非常小，通常为微米级，以实现较高的分辨率，这就已经限制了传感器的量程(即能够准确测量的最大作用力)，例如，为了获得0.2nn至1μn的力分辨率，对应的初始极板间距为6μm至500μm，对应的量程将被限制为30μn至200mn。如果转动连接部5相对两个感应件3a、3b的移动自由度(包括在目标件1被施加作用力时)未被限制，则该种运动一方面会进一步造成量程的损失，进而导致传感器具有更小的量程，甚至无法正常使用，另一方面会导致作用力的一部分被转换为目标件的平动，而不是全部被转换为目标件的转动，进而影响产生的差分信号的强度。

上述说明的分辨率与量程相互制约的问题，将限制高分辨率传感器在大量程测量场合中的应用。因此，为了从根本上解决该种相互制约的问题，本发明又进一步改进了上述双单极差分电容结构，具体为：设置第一单极电容c1的初始极板间距大于第二单极电容c2的初始极板间距，并由第二电极电容c2的初始极板间距决定传感器的灵敏度/分辨率，及由第一电极电容c1的初始极板间距决定传感器的量程。这体现在，目标件1在被施加特定方向的作用力时，其将绕转动连接部5沿使得第一单极电容c1的极板间距减小、且第二单极电容c2的极板间距增大的方向转动，因此，可以将第二单极电容c2的初始极板间距设置的足够小，以获得非常高的初始灵敏度，而由于第一单极电容c1的初始极板间距相对较大，使得传感器在获得高灵敏度的同时还能具有相对较大的量程。具体而言，以第一单极电容c1的初始极板间距是第二单极电容c2的初始极板间距的三倍为例，相对极板间距相同的双单极差分电容结构，在同等灵敏度下，本发明传感器的量程将大两倍，而在同等量程下，本发明传感器的灵敏度将高八倍，优势非常明显。

图2为根据本发明传感器的两个单极电容的初始极板间距不等的一种实施例的结构示意图，该传感器适合作用力为排斥力的应用场合。

根据图2所示，该传感器包括目标件1、探针2和两个感应件3，两个感应件3分别被标记为感应件3a、3b。目标件1连接、并支撑在转动连接部5上，形成双翘板结构。感应件3a、3b分设在转动连接部5的两侧，且位于目标件1的同一侧，感应件3a与目标件1形成第一单极电容c1，感应件3b与目标件1形成第二单极电容c2，且第一单极电容c1的初始极板间距大于第二单极电容c2的初始极板间距。转动连接部5与两个感应件3相对固定，进而将转动连接部5、两个感应件3和目标件1连接形成一个结构整体sa。

探针2被设置为接收作用力，并将作用力传递至目标件1上，以产生能够使目标件1绕转动连接部5转动的转矩。因此，探针2应该固定连接在目标件1上，在此，探针2可与目标件1一体成型，也可单独成型并通过粘接、超声波焊接等手段固定连接在目标件1上。

对于作用力为排斥力的应用场合，为了实现目标件1绕转动连接部5沿使得第一单极电容c1的极板间距减小、且第二单极电容c2的极板间距增大的方向转动，该探针2在图2所示的实施例中设置在目标件1的对应感应件3a的一侧上，以使探针2在接收到排斥力时，驱动目标件1沿使得第一单极电容c1的极板间距减小的方向转动，对应图2中的逆时针方向。

图3为根据本发明传感器的两个单极电容的初始极板间距不等的第二种实施例的结构示意图，该传感器同样适合作用力为排斥力的应用场合。

根据图3所示，目标件1连接、并支撑在转动连接部5上，形成单翘板结构。感应件3a、3b分设在目标件1的两侧，感应件3a与目标件1形成第一单极电容c1，感应件3b与目标件1形成第二单极电容c2。转动连接部5与两个感应件3相对固定，进而将转动连接部5、两个感应件3和目标件1连接形成一个结构整体sa。

对于作用力为排斥力的应用场合，为了实现目标件1绕转动连接部5沿使得第一单极电容c1的极板间距减小、且第二单极电容c2的极板间距增大的方向转动，该探针2在图3所示的实施例中设置在目标件1的面向感应件3b的表面上，以使探针2在接收到排斥力时，驱动目标件1沿使得第一单极电容c1的极板间距减小的方向转动，对应图3中的逆时针方向。

图4为根据本发明传感器的两个单极电容的初始极板间距不等的第三种实施例的结构示意图，该传感器适合作用力为吸引力的应用场合，该吸引力例如是范德华力、静电力、表面张力等。

根据图4所示，该实施例与图2所示实施例不同的是，对于作用力为吸引力的应用场合，为了实现目标件1绕转动连接部5沿使得第一单极电容c1的极板间距减小、且第二单极电容c2的极板间距增大的方向转动，该探针2在图3所示的实施例中设置在目标件1的对应感应件3b的一侧上，以使探针2在接收到吸引力时，驱动目标件1沿使得第一单极电容c1的极板间距减小的方向转动，对应图4中的逆时针方向。

图5为根据本发明传感器的两个单极电容的初始极板间距不等的第四种实施例的结构示意图，该传感器同样适合作用力为吸引力的应用场合。

根据图5所示，该实施例与图3所示实施例不同的是，对于作用力为吸引力的应用场合，为了实现目标件1绕转动连接部5沿使得第一单极电容c1的极板间距减小、且第二单极电容c2的极板间距增大的方向转动，该探针2在图4所示的实施例中设置在目标件1的面向感应件3a的表面上，以使探针2在接收到吸引力时，驱动目标件1沿使得第一单极电容c1的极板间距减小的方向转动，对应图5中的顺时针方向。

本发明传感器可以还包括另外两个感应件3，另外两个感应件3也与转动连接部5相对固定，以将转动连接部5、目标件3和另外两个感应件3连接形成另一个结构整体，即目标件1与另外两个感应件3也形成如上所述的双单极电容差分结构。为此，目标件1与转动连接部5应该采用如图1、图2和图4所示的双翘板结构，以使目标件1与位于自身一侧的两个感应件形成一个双单极电容差分结构、及与位于自身另一侧的两个感应件形成另一个双单极电容差分结构，或者使目标件1与位于转动连接部5一侧的两个感应件形成一个双单极电容差分结构、及与位于转动连接部5另一侧的两个感应件形成另一个双单极电容差分结构。这样，本发明传感器在探针2被施加作用力时，将产生两对差分信号，并将两对差分信号叠加输出至信号处理器，以进一步提高本发明传感器的可靠性及抗共模干扰的能力。

图6是根据本发明传感器的形成两个结构整体、且两个单极电容的初始极板间距不等的实施例的结构示意图，该实施例适合于作用力为排斥力的应用场合。

根据图6所示，该传感器在图2和图3所示实施例的基础上，还包括另外两个感应件，此另外两个感应件仍被标记为3a、3b，即在该实施例中，传感器具有两个感应件3a和两个感应件3b，其中，一个感应件3a和一个感应件3b在目标件2的一侧分设在转动连接部5的两侧，另一个感应件3a和另一个感应件3b在目标件2的另一侧也分设在转动连接部5的两侧，且两个感应件3a位于转动连接部5的不同侧，两个感应件3b也位于转动连接部5的不同侧。

在此基础上，每一感应件3a各自与目标件2形成一个第一单极电容c1，每一感应件3b各自与目标件2形成一个第二单极电容c2，而每个第一单极电容c1可以与任一个第二单极电容c2形成双单极电容差分结构，进而输出差分信号。为了实现差分信号叠加，此另外两个感应件3a、3b也应该与差分信号输出端对应连接，即对应第一单极电容c1的两个感应件3a与差分信号输出端中的正输出端连接，而对应第二单极电容c2的两个感应件3b与差分信号输出端中的负输出端连接。

而对于作用力为排斥力的应用场合，为了实现目标件1绕转动连接部5沿使得第一单极电容c1的极板间距减小、且第二单极电容c2的极板间距增大的方向转动，该探针2在图6所示的实施例中设置在目标件1的面向感应件3b的表面上，以使探针2在接收到排斥力时，驱动目标件1沿使得第一单极电容c1的极板间距减小的方向转动，对应图6中的逆时针方向。

对于形成有两个结构整体的、适合于作用力为吸引力的应用场合的传感器结构可参照图4和图5所示实施例设置，在此不再赘述。

另外，对于类似图6所示实施例的具有四个感应件3的传感器，可以通过两个感应件与目标件2形成上述第一单极电容和第二单极电容，而通过另外两个感应件各自与目标件2形成一个静电驱动器，即将另外两个感应件作为静电驱动电极使用，这需要将另外两个感应件与传感器的偏置电压输入端连接。这样，在作用力消失时(对应被测物被移除时)，通过向另外两个感应件施加相对目标件2的偏置电压将使两个静电驱动器产生静电力，而由于两个静电驱动器产生的静电力对于目标件2而言会产生方向相反、大小相同的转矩，因此能够使得目标件2在静电力的作用下快速复位至非受力的平衡位置。这说明，该种结构能够有效提高目标件1的响应速度，使其响应特性不依赖于部件本身的机械特性。

参照上述图2至图6所示的实施例，通过设置第一单极电容c1与第二单极电容c2具有相等的初始极板间距，即可直接得到本发明传感器的其他实施例，且对于初始极板间距相等的各实施例，将无需根据适用的作用力方向限制探针2的安装位置。

为了提高传感器的抗干扰能力，上述感应件3可以包括电容屏蔽体和作为极板使用的电容感应体，以通过电容感应体与目标件2形成上述单极电容，并将电容屏蔽体与接地端连接，进而起到屏蔽效果。在此基础上，可将转动连接部5固定连接在任意感应件3的电容屏蔽体上，这样，目标件1便能够方便地通过相互连接的转动连接部5和电容屏蔽体与接地端连接。

该电容屏蔽体与电容感应体可以一体成型，也可以单独成型再进行结合，而且位于目标件2同一侧的两个感应件3a、3b可以共用电容屏蔽体。

以感应件3的电容屏蔽体和电容感应体一体成型为例，该感应件3的主体材料可以是导体，也可以是绝缘体，如果主体材料是导体，例如铜或者铝，则电容屏蔽体与电容感应体表面都需要进行绝缘化处理，以防止电容感应体和电容屏蔽体直接接触。该表面绝缘化处理的方法例如为在导体表面粘附塑料膜、绝缘橡胶、树脂，磁控溅射，热蒸镀，或者原子沉积氧化层等。如果主体材料是绝缘体，如陶瓷、玻璃以及印刷电路板等材料，主体局部表面需要进行导体化处理，形成相应的电容屏蔽体和电容感应体。表面导体化处理的方法例如为金属真空蒸发镀膜，表面金属层粘贴，或者塑性电子导体印刷等。

图7a和图7b是两个感应件3a、3b共用屏蔽体，且主体材料为绝缘体的一种实施例的结构示意图。

根据图7a和图7b所示，感应件3a的电容感应体301a和感应件3b的电容感应体301b设置在绝缘主体303上，且感应件3a、3b共用电容屏蔽体302，电容屏蔽体302与电容感应体301a、301b通过绝缘主体303分开。

两个电容感应体301a、301b，以及电容屏蔽体302可以在绝缘主体303上通过金属蒸发镀膜或者印刷电路制作方法形成。以印制电路制作方法为例，该形成方法可包括如下步骤：

步骤s1：在绝缘主体的整个表面上设置一层金属导体层。

步骤s2：在对应两个电容感应体301a、301b的形成位置的外周，通过印刷电路板的制作方法剔除掉金属材料从而裸露出绝缘主体，形成环绕在电容感应体301a、301b外围的绝缘圈3031，而除电容感应体301a、301b之外的剩余金属导体层将成为电容屏蔽体302。

该种方法与机械加工方法相比，制作简单，容易大批量生产，成本低，而且可以制作出较为复杂的传感表面形状。

在图7a和图7b所示的实施例中，两个电容感应体301a、301b基本为长方形，该两个电容感应体301a、301b也可以成形为正方形、圆形、椭圆形等。

上述目标件1和转动连接部5可以采用一体成型结构，也可以采用单独成型再组装在一起的结构。上述探针2与目标件1同样是可以采用一体成型结构，也可以采用单独成型再通过粘接、焊接等手段固定连接在一起的结构，其中，在对探针2的尖端半径要求较高的精密测量领域，优选是采用单独成型的结构，这样，便可通过电化学腐蚀等方法单独加工满足精度要求的探针。

图8是目标件1、转动连接部5和探针2一体成型的一种实施例的结构示意图。

在图8所示的实施例中，转动连接部5被标记为5a，其为弹性扭梁形式，该弹性扭梁5a的两端具有扭梁固定件502a，该弹性扭梁5a通过扭梁固定件502a与两个感应件3相对固定，而目标件1则连接在弹性扭梁5a的中间段501a(即位于两个扭梁固定件502a之间的部分)上形成双翘板结构，以使目标件1在受力时利用弹性扭梁5a的扭转作用实现目标件1的转动。

上述的使得弹性扭梁5a两端固定的结构相对单端固定的悬臂结构更容易实现限制相对移动的限制，因为对于相同材质的扭梁，在作用力相同的情况下，悬臂结构的变形量将是两端固定结构的变形量的64倍，因此，采用两端固定的结构更易于通过对弹性扭梁材质的选择在量程范围内实现该种限制。

根据图8所示，目标件1、转动连接部(或者称弹性扭梁)5a和探针2是一体成型的金属薄片，其可由线切割加工而成。探针2经线切割加工完成后，可通过专用夹具使之与目标件1相互垂直(垂直于纸面向外)，从而通过与被测物接触向目标件传递能够产生转矩的作用力。对于图2、图4和图6所示实施例中的阶梯形目标件，而在线切割后通过冲压实现。

在此，可在满足弹性扭梁5a对目标件1的连接作用的前提下，尽量减小目标件1与弹性扭梁5a之间的连接长度，以提高目标件1的动态性能。另外，也可以通过减小目标件1的尺寸，进而减轻目标件1的重量的方式提高目标件1的动态性能。

图9是目标件1、转动连接部5和探针一体成型的第二种实施例的结构示意图。

根据图9所示，该实施例与图8所示实施例的主要不同之处在于，本发明传感器还包括与目标件1一体成型的夹具预留部4，该夹具预留部4经由目标件1的边缘向外平行延伸，而探针2则成型于夹具预留部4的边缘处，且被弯折为垂直于夹具预留部4。

设置夹具预留部4的作用为：由于线切割加工而成的金属薄片通常会有翘曲，这会限制在目标件1与感应件3之间能够形成的最小间隙，从而影响传感器的灵敏度；而在目标件1周边设置夹具预留部4，则可使刀片作用于基材的对应夹具预留部4的部分上，进而可以在线切割加工时通过专用夹具固定基材的对应目标件1的部分，从而使得目标件1平整，以便于在目标件1与感应件3之间形成更小间隙，提高传感器的灵敏度。

在图9所示实施例中，传感器在目标件1的位于转动连接部5两侧的边缘均设置有上述夹具预留部4。

图10是目标件1、转动连接部5和探针一体成型的第三种实施例的结构示意图。

根据图10所示，该实施例与图9所示实施例的主要区别在于，该实施例是对应单翘板结构的目标件，即目标件1位于弹性扭梁5a的一侧。

图11是目标件1与转动连接部5单独成型的一种实施例的结构示意图。

在该实施例中，转动连接部5被标记为5b，同样为弹性扭梁形式，根据图11所示，该弹性扭梁5b为一根金属线，该目标件1设置有一列穿线孔101，即所有穿线孔101在一条直线上排列，这样，上述结构整体sa便可通过使得金属线顺次穿过每一穿线孔101的结构将目标件1连接在弹性扭梁5b的中间位置上，以使目标件1在受力作用时通过金属线的扭转作用实现目标件1的转动。

该金属线可在绷直的状态下在两端通过垫片压紧，并通过螺钉螺母相对感应件3固定，例如固定在感应件3的绝缘主体上。

在此，由于金属线能够比图8至图10所示实施例中的弹性扭梁5a更细，且金属线的横截面为圆形，因此，金属线具有更小的扭转刚度，能够进一步提高灵敏度。

图12是目标件1与转动连接部5单独成型的另一种实施例的结构示意图。

根据12所示，该实施例与图11所示实施例的主要区别在于，其弹性扭梁5b为两根金属线，对应地，目标件1设置有沿相同方向排列的两列穿线孔101、102，这样，上述结构整体sa是通过使得一根金属线顺次穿过每一穿线孔101、及使得另一根金属线顺次穿过每一穿线孔102的结构，将目标件1连接在弹性扭梁5b上。

图13是目标件1与转动连接部5单独成型的第三种实施例的结构示意图。

在该实施例中，该转动连接部5被标记为5c，根据图13所示，该转动连接部5c支撑在感应件3与目标件1之间，且与目标件1点接触连接，该连接例如是粘接、超声波焊接等，以使目标件1在受力时绕转动连接部5c翻转实现目标件1的转动，该种结构相对上述的通过弹性扭梁5a、5b的扭转作用实现目标件1的转动的结构能够获得更高的灵敏度。

在图13所示的实施例中，该转动连接部5c被设计为圆锥形或者棱锥形，以实现与目标件1之间的点接触连接。

图14是对应图8至图10所示实施例的、实现转动连接部5a与感应件3相对固定的一种实施例的分解结构示意图。

根据图14所示，在转动连接部/弹性扭梁5a的扭梁固定件502a与感应件3之间设置隔离件6，以保证感应件3与目标件1之间的间距设置。

该扭梁固定件502a设置有连接通孔5021a，隔离件6设置有与连接通孔5021a对齐的连接通孔601，感应件3例如在电容屏蔽体302的位置设置有与连接通孔5021a对齐的连通通孔(图中未示出)，这样，在进行转动连接部5a与感应件3之间的相互固定时，可通过螺栓依次穿过连接通孔5021a、连接通孔601和感应件3上的连接通孔与螺母配合锁紧的连接结构，实现转动连接部5a与感应件3之间的相互固定。

对于目标件1两侧均设置有感应件3的结构，可通过螺栓依次穿过一感应件3上的连接通孔、一隔离件6上的连接通孔601、连接通孔5021a、另一隔离件6上的连接通孔601、及另一感应件3上的连接通孔与螺母配合锁紧的连接结构，实现转动连接部5a与所有感应件3之间的相互固定。

以上说明了通过宏观加工形成结构整体sa的实施例，在此，该结构整体sa也可以通过微加工形成，具体步骤例如包括：

步骤s201：单晶硅经第一次光刻和koh刻蚀，在硅表面形成几微米浅槽，并定义键合区域。

步骤s202，单晶硅经第二次光刻和koh刻蚀，在硅表面形成另一个浅槽，进而形成阶梯型结构的目标件。

步骤s203，硅正面扩散掺杂磷或硼，形成接触区。

步骤s204，在玻璃上光刻、溅射ti/pt/au金属，形成作为感应件的电极。

步骤s205，在键合区域，使硅和玻璃在360℃-380℃，1000v下进行阳极键合。

步骤s206，利用koh溶液化学减薄硅片至几十微米厚，以保证该结构的扭转刚度足够小。

步骤s207，利用感应耦合等离子体刻蚀，释放结构裂片，获得结构整体sa。

通过微加工形成的传感器能够实现更小的极板间距，进而能够形成灵敏度极高的传感器。

图15是根据本发明的翘板式电容差分传感系统的方框原理图。

根据图15所示，该传感系统包括信号处理器u2、显示器u3、根据本发明的上述传感器，被标记为u1，该传感器u1的差分信号输出端lout+、lout-与信号处理器u2的信号输入端对应连接，以将传感器u1产生的差分信号输出至信号处理器u2，传感器的接地端lg与信号处理器u2的地线连接；信号处理器u2被设置为根据差分信号计算作用力和/或对应作用力的极板位移，并将计算结果输出至显示器u3进行显示。

对于具有两个静电驱动器的传感器，传感器u1的偏置电压输入端可与信号处理器u2的偏置电压输出端连接，以经由信号处理器u2为传感器u1提供快速复位的偏置电压，或者也可以单独设置一个偏置电压发生器提供该偏置电压，并由信号处理器u2控制偏置电压发生器的输出。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分相互参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，而且各个实施例可以根据需要单独使用或者相互结合使用。

虽然已经通过例子对本发明的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上例子仅是为了进行说明，而不是为了限制本发明的范围。本领域的技术人员应该理解，可在不脱离本发明的范围和精神的情况下，对以上实施例进行修改。本发明的范围由所附权利要求来限定。