侧外圈设置有 第四谐振器（7-4)，所述第四谐振器（7-4)与环形质量块（3)之间设置有第四负刚度效应梳 齿组（8-4)。
2. 根据权利要求1所述用于流速及加速度矢量敏感的仿生毛发传感器，其特征在于： 所述第一谐振器（7-1)包括第一矩形质量块（701)、U型梁、固定锚点，以及依次设置在第一 矩形质量块（701)上的第一驱动梳齿、第一梳齿和第一驱动检测梳齿；所述第一驱动梳齿 分为左侧第一驱动梳齿（702-lb)和右侧第一驱动梳齿（702-2b)，且关于第一矩形质量块 (701)对称设置，所述第一梳齿分为左侧第一梳齿（702-la)和右侧第一梳齿（702-2a)，且 关于第一矩形质量块（701)对称设置，所述第一驱动检测梳齿分为左侧第一驱动检测梳齿 (702-lc)和右侧第一驱动检测梳齿（702-2C)，且关于第一矩形质量块（701)对称设置； 所述第一驱动梳齿与第一梳齿组成静电平板电容驱动结构，所述第一驱动检测梳齿与 第一梳齿组成静电平板电容检测结构，所述U型梁与第一矩形质量块（701)四个顶点连接， 所述U型梁分别连接有对应的固定锚点，通过U型梁和固定锚点将第一矩形质量块（701) 悬置在玻璃衬底之上，所述U型梁可沿质量块（2)或环形质量块（3)直径方向折叠运动； 所述第一谐振器（7-1)、第二谐振器（7-2)、第三谐振器（7-3)和第四谐振器（7-4)的 结构均相同。
3. 根据权利要求2所述用于流速及加速度矢量敏感的仿生毛发传感器，其特征在于： 所述第一谐振器（7-1)、第二谐振器（7-2)、第三谐振器（7-3)和第四谐振器（7-4)的驱动 梳齿和驱动检测梳齿分别设有驱动梳齿架锚点和驱动检测梳齿架锚点，所述驱动梳齿架锚 点分为：第一谐振器（7-1)上的第一左侧驱动梳齿架锚点和第一右侧驱动梳齿锚点，第二 谐振器（7-2)上的第二左侧驱动梳齿架锚点和第二右侧驱动梳齿锚点，第三谐振器（7-3) 上的第三左侧驱动梳齿架锚点和第三右侧驱动梳齿锚点，以及第四谐振器（7-4)上的第四 左侧驱动梳齿架锚点和第四右侧驱动梳齿锚点； 所述驱动检测梳齿架锚点分为：第一谐振器（7-1)上的第一左侧驱动检测梳齿架锚点 和第一右侧驱动检测梳齿架锚点，第二谐振器（7-2)上的第二左侧驱动检测梳齿架锚点和 第二右侧驱动检测梳齿架锚点，第三谐振器（7-3)上的第三左侧驱动检测梳齿架锚点和第 三右侧驱动检测梳齿架锚点，以及第四谐振器（7-4)上的第四左侧驱动检测梳齿架锚点和 第四右侧驱动检测梳齿架锚点； 所述U型梁分为右侧上部U型梁（704-1)、右侧下部U型梁（704-2)、左侧下部U型梁 (704-3)和左侧上部U型梁（704-4)，所述四个固定锚点分为右侧上部固定锚点（703-1)、 右侧下部固定锚点（703-2)、左侧下部固定锚点（703-3)和左侧上部固定锚点（703-4)，所 述右侧上部U型梁（704-1)与右侧上部固定锚点（703-1)对应连接，所述右侧下部U型梁 (704-2)与右侧下部固定锚点（703-2)对应连接，所述左侧下部U型梁（704-3)与左侧下部 固定锚点（703-3)对应连接，所述左侧上部U型梁（704-4)与左侧上部固定锚点（703-4) 对应连接。
4.根据权利要求3所述用于流速及加速度矢量敏感的仿生毛发传感器，其特征在于： 所述玻璃衬底包括信号引线，所述信号引线包括： 与第一销点（6-1)和第二销点（6-2)分别相连的销点电极一（901b)、销点电极二 (901c)以及锚点引出电极（901a); 与右侧上部固定锚点（703-1)连接的右上固定锚点电极一（902b)、右上固定锚点电极 二（902c)、右上固定锚点电极三（902d)、右上固定锚点电极四（902e)以及相应右上固定 锚点引出电极（902a);与右侧下部固定锚点（703-2)连接的右下固定锚点电极一（905b)、 右下固定锚点电极二（905c)、右下固定锚点电极三（905d)、右下固定锚点电极四（905e)以 及相应右下固定锚点引出电极（905a);与左侧下部固定锚点（703-3)连接的左下固定锚 点电极一（908b)、左下固定锚点电极二（908c)、左下固定锚点电极三（908d)、左下固定锚 点电极四（908e)以及相应左下固定锚点引出电极（908a);与左侧上部固定锚点（703-4) 连接的左上固定锚点电极一（911b)、左上固定锚点电极二（911c)、左上固定锚点电极三 (911d)、左上固定锚点电极四（911e)以及相应左上固定锚点引出电极（911a); 与第一左侧驱动梳齿架锚点和第一右侧驱动梳齿锚点分别相连的第一左侧驱动梳齿 架锚点电极（904b)、第一右侧驱动梳齿锚点电极（904c)以及相应第一驱动梳齿锚点引出 电极（904a);与第二左侧驱动梳齿架锚点和第二右侧驱动梳齿锚点分别相连的第二左侧 驱动梳齿架锚点电极（907b)、第二右侧驱动梳齿锚点电极（907c)以及相应第二驱动梳齿 锚点引出电极（907a);与第三左侧驱动梳齿架锚点和第三右侧驱动梳齿锚点分别相连的 第三左侧驱动梳齿架锚点电极（910b)、第三右侧驱动梳齿锚点电极（910c)以及相应第三 驱动梳齿锚点引出电极（910a);与第四左侧驱动梳齿架锚点和第四右侧驱动梳齿锚点分 别相连的第四左侧驱动梳齿架锚点电极（913b)、第四右侧驱动梳齿锚点电极（913c)以及 相应第四驱动梳齿锚点引出电极（913a); 与第一左侧驱动检测梳齿架锚点和第一右侧驱动检测梳齿架锚点分相连的第一左侧 驱动检测梳齿架锚点电极（903b)和第一右侧驱动检测梳齿架锚点电极（903c)以及相应第 一驱动检测梳齿架引出电极（903a);与第二左侧驱动检测梳齿架锚点和第二右侧驱动检 测梳齿架锚点分相连的第二左侧驱动检测梳齿架锚点电极（906b)和第二右侧驱动检测梳 齿架锚点电极（906c)以及相应第二驱动检测梳齿架引出电极（906a);与第三左侧驱动检 测梳齿架锚点和第三右侧驱动检测梳齿架锚点分相连的第三左侧驱动检测梳齿架锚点电 极（909b)和第三右侧驱动检测梳齿架锚点电极（909c)以及相应第三驱动检测梳齿架引出 电极（909a);与第四左侧驱动检测梳齿架锚点和第四右侧驱动检测梳齿架锚点分相连的 第四左侧驱动检测梳齿架锚点电极（912b)和第四右侧驱动检测梳齿架锚点电极（912c)以 及相应第四驱动检测梳齿架引出电极（912a)。
5. 根据权利要求2所述用于流速及加速度矢量敏感的仿生毛发传感器，其特征在于： 所述第一谐振器（7-1)、第二谐振器（7-2)、第三谐振器（7-3)和第四谐振器（7-4)中的矩 形质量块在其两侧的驱动梳齿的作用下沿质量块（2)或环形质量块（3)的直径方向做往复 简谐运动。
6. 根据权利要求1所述用于流速及加速度矢量敏感的仿生毛发传感器，其特征在 于：第一负刚度效应梳齿组（8-1)、第二负刚度效应梳齿组（8-2)、第三负刚度效应梳齿组 (8-3)和第四负刚度效应梳齿组（8-4)为：由分别固定在第一谐振器（7-1)、第二谐振器 (7-2)、第三谐振器（7-3)和第四谐振器（7-4)的矩形质量块的梳齿与固定在质量块（2)或 环形质量块（3)上的梳齿对插组成。
7. 用于流速及加速度矢量敏感的仿生毛发传感器的检测方法，其特征在于：定义质量 块（2)或环形质量块（3)所在平面为XOY平面； 当外部有平行于XOY平面的流体作用于聚合物毛发（1)或有平行于XOY平面加速度输 入时，聚合物毛发（1)会发生偏转，带动环状硅微传感器结构中与聚合物毛发（1)相连接质 量块⑵进行偏转，其中X轴方向的偏转传递到质量块⑵上，质量块⑵在沿Y轴方向上 布置的第一内扭力梁（4-1)和第二内扭力梁（4-2)的支撑下进行偏转； 聚合物毛发（1)偏转中的Y轴方向的偏转通过连接质量块（2)与环形质量块（3)的第 一内扭力梁（4-1)和第二内扭力梁（4-2)传递到环形质量块（3)上，环形质量块（3)在沿 X轴方向上布置的第一外扭力梁（5-1)与第二外扭力梁（5-2)的支撑下进行偏转； 质量块（2)或环形质量块（3)的偏转，可分别带动第一负刚度效应梳齿组（8-1)、第二 负刚度效应梳齿组（8-2)或第三负刚度效应梳齿组（8-3)、第四负刚度效应梳齿组（8-4)中 的部分梳齿的偏转。
【专利摘要】本发明公开了一种用于流速及加速度矢量敏感的仿生毛发传感器及其检测方法，包括顶部聚合物毛发、中部环状硅微传感器结构、底部制作在玻璃衬底上的信号引线。本发明中顶部毛发在外部加速度或流体作用时带动环状硅微传感器结构中的圆形质量块和环形质量块摆动；利用静电力的负刚度效应原理，通过环状硅微传感器结构中圆形质量块和环形质量块的摆动，引起布置在圆形质量块和环形质量块周围的谐振器谐振频率的变化，实现对流速及加速度大小的检测；通过采用质量块与环形质量块的耦合结构，对顶部毛发的摆动方向进行矢量分解，实现对加速度或流体速度的矢量方向检测。
【IPC分类】G01C19-5642
【公开号】CN104833350
【申请号】CN201510203285
【发明人】杨波, 胡迪, 王行军, 戴波
【申请人】东南大学
【公开日】2015年8月12日
【申请日】2015年4月24日...