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申请/专利权人：浙江大学

摘要：本发明公开了一种可调灵敏度的MEMS多级同步磁强计，属于MEMS技术领域。包括磁场感受模块，用于其用于将待测磁场强度转化为洛伦兹力大小，具备可调灵敏度的特点；多级杠杆模块，用于将输入的洛伦兹力放大并输出；菱形梁模块，利用输入的力改变菱形梁的谐振频率；双端固支梁模块，与菱形梁模块形成1:1静电同步，通过菱形梁的频率偏移来改变自身的频率；高频谐振模块，与双端固支梁形成1:3同步，通过高阶同步将频率偏移放大3倍并输出，进而得到待测外部磁场。本发明具备可调灵敏度的特点，并且提高了磁强计的灵敏度和稳定性。

主权项：1.一种可调灵敏度的MEMS多级同步磁强计，其特征在于，包括：磁场感受模块，其用于将待测磁场强度转化为洛伦兹力大小并传递至多级杠杆模块，所述的磁场感受模块包括双端固支拱梁（1-3）、膨胀梁（1-6）和拉力梁（1-7），所述的双端固支拱梁（1-3）中部通过拉力梁（1-7）固接一对沿拉力梁（1-7）对称分布的膨胀梁（1-6），通过膨胀梁（1-6）的电热效应改变双端固支拱梁（1-3）的刚度，实现磁场感受模块的灵敏度调节；多级杠杆模块，其用于放大磁场感受模块传递的洛伦兹力大小，并通过力输出端传递至菱形梁模块；所述的多级杠杆模块为对称的两部分结构，对称轴与磁场感受模块的对称轴同轴，所述的对称的两部分结构均包括力输入梁（2-1）、一级杠杆（2-2）、一级锚点（2-3）、力传导梁（2-4）、二级杠杆（2-5）、二级锚点（2-6）和力输出梁（2-7）；所述的力输入梁（2-1）一端与双端固支拱梁（1-3）靠近凸侧中点处固接，力输入梁（2-1）另一端通过一级杠杆（2-2）与力传导梁（2-4）一端固接，所述的一级杠杆（2-2）靠近力传导梁（2-4）的位置固接一级锚点（2-3）；力传导梁（2-4）另一端通过二级杠杆（2-5）与力输出梁（2-7）一端固接，所述的二级杠杆（2-5）靠近力输出梁（2-7）的位置固接二级锚点（2-6），力输出梁（2-7）另一端作为力输出端，用于固接菱形梁模块；菱形梁模块，其以自激振荡状态进行工作，在所述的多级杠杆模块传递的力作用下，自激振荡状态的频率发生偏移，将产生的振动频率偏移信号以静电同步的方式传递至双端固支梁模块；所述的菱形梁模块包括第三锚点（3-2）、菱形梁激励极板（3-3）、菱形梁（3-4）、第四锚点（3-6）、菱形梁耦合极板（3-7）和菱形梁力输入极板（3-8），所述的第三锚点（3-2）和第四锚点（3-6）上分别溅射有金属电极层；所述的菱形梁（3-4）一对内角外侧分别固接菱形梁激励极板（3-3）和菱形梁耦合极板（3-7），所述的菱形梁激励极板（3-3）和菱形梁耦合极板（3-7）平行设置；所述的菱形梁激励极板（3-3）外侧设有第三锚点（3-2），菱形梁激励极板（3-3）与第三锚点（3-2）的金属电极层之间留有间隔；所述的菱形梁耦合极板（3-7）外侧为双端固支梁模块，两者之间留有间隔；所述的菱形梁（3-4）另一对内角外侧分别固接菱形梁力输入极板（3-8）和第四锚点（3-6），所述的菱形梁力输入极板（3-8）与多级杠杆模块的力输出端固接；在第四锚点（3-6）的金属电极层施加直流电压，通过反馈电路将菱形梁反馈的电压信号与偏置电压混合输入到第三锚点（3-2）的金属电极层，使菱形激梁模块形成自激振荡状态；当菱形梁力输入极板（3-8）受到外界传递的作用力时，菱形梁（3-4）产生形变，导致自身频率发生偏移；双端固支梁模块，其用于将所述的菱形梁模块传递的振动频率偏移信号以电路同步的方式转换为电压信号后传递至高频谐振模块；所述的双端固支梁模块包括第五锚点（4-2）、双端固支梁（4-3）、双端固支梁耦合极板（4-4）、双端固支梁激励极板（4-5）和第六锚点（4-7），所述的第五锚点（4-2）和第六锚点（4-7）上分别溅射有金属电极层；所述的双端固支梁耦合极板（4-4）和双端固支梁激励极板（4-5）为一对平行板结构；所述的双端固支梁耦合极板（4-4）位于菱形梁模块的外侧，两者之间留有间隔以形成静电同步；所述的双端固支梁激励极板（4-5）外侧设有第六锚点（4-7），双端固支梁激励极板（4-5）第六锚点（4-7）的金属电极层之间留有间隔；所述的双端固支梁（4-3）夹在双端固支梁耦合极板（4-4）和双端固支梁激励极板（4-5）之间，三者的中心位置固接，双端固支梁（4-3）的两端与一对第五锚点（4-2）固接；在所述的一对第五锚点（4-2）的金属电极层施加大小相等、正负相反的电压，通过差分放大反馈电路将双端固支梁反馈的电压信号与偏置电压混合输入到第六锚点（4-7）的金属电极层，使双端固支梁模块形成自激振荡状态；当双端固支梁耦合极板（4-4）以静电同步的方式接收到菱形梁模块传递的振动频率偏移信号后，双端固支梁模块自身频率发生偏移；所述的双端固支梁反馈的电压信号接入高频谐振模块；高频谐振模块，其与双端固支梁模块形成3:1同步振动，用于放大并检测接收到的振动频率偏移信号，根据振动频率偏移信号得到磁场强度；所述的高频谐振模块包括高频谐振块锚点（5-1）、高频谐振块（5-2）、第七锚点（5-4）、高频谐振块检测极板（5-5）、第八锚点（5-7）和第九锚点（5-9），所述的第七锚点（5-4）、第八锚点（5-7）和第九锚点（5-9）上分别溅射有金属电极层；所述的高频谐振块（5-2）的四个方位角与高频谐振块锚点（5-1）固接，高频谐振块（5-2）四条边界的中点分别固接一个高频谐振块检测极板（5-5），其中一对相对设置的高频谐振块检测极板（5-5）外侧分别设有第七锚点（5-4）和第九锚点（5-9），另一对相对设置的高频谐振块检测极板（5-5）中的至少一个高频谐振块检测极板（5-5）外侧设有第八锚点（5-6），高频谐振块检测极板与对应锚点的金属电极层之间留有间隔；在所述的第七锚点（5-4）的金属电极层上施加偏置电压，通过反馈电路将高频谐振块反馈的电压信号与偏置电压、双端固支梁模块传递的电压信号混合输入到第九锚点（5-9）和任一个第八锚点（5-6）的金属电极层，通过检测高频谐振块反馈的电压信号中的振动频率偏移信息得到磁场强度。

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