壓電薄膜微力傳感器特性研究.pdf

1、壓電式傳感器和執(zhí)行器具有結(jié)構(gòu)簡單、響應(yīng)速度快、高頻適用性強、驅(qū)動和處理電路簡單等特點，在精密位移，精密定位、聲學(xué)及力學(xué)量的檢測等方面已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用。壓電薄膜材料是適用于MEMS器件的功能薄膜材料，其中，PZT薄膜具有較高的壓電性能，受到研究者的青睞。 本文結(jié)合雙壓電薄膜的微懸臂梁結(jié)構(gòu)，研究了PZT壓電薄膜微力傳感器特性，并對該傳感器應(yīng)用于實際微操作過程進行了初步探索。本文的主要工作包括：搭建微力傳感器測試平臺；微懸臂梁頻率

2、特性表征；雙層和雙片壓電薄膜微懸臂梁結(jié)構(gòu)傳感和執(zhí)行能力測試；集成執(zhí)行功能的微力傳感器性能表征。 微力傳感器的尺寸在幾百μm，μN級小力的產(chǎn)生和控制比較困難，而且在μN級微小力作用下壓電薄膜產(chǎn)生的電荷信號非常微弱。在設(shè)計微力傳感器測試系統(tǒng)時，利用壓電雙晶片-微探針來施加微力，選用電子天平標(biāo)定靜態(tài)微小力，通過精密三維定位臺進行微定位，利用光學(xué)顯微鏡進行微觀觀測。 對本課題組制作的PZT薄膜微型懸臂梁，進行了獨立傳感和執(zhí)行性能

3、測試，并通過傳感和執(zhí)行性能靈敏度，分別基于正、逆壓電效應(yīng)，通過改進的Smith方程推導(dǎo)出橫向壓電系數(shù)d31計算公式，計算結(jié)果表明兩種方法所得d31比較接近。用光學(xué)法和沖擊法測試了壓電懸臂梁的頻率特性，測試結(jié)果與理論分析結(jié)果基本一致。 對于集成雙壓電薄膜微懸臂梁的特殊結(jié)構(gòu)，分別進行了雙壓電PZT薄膜微懸臂梁的微力傳感和微小力執(zhí)行性能的實驗研究，包括微懸臂梁做傳感和執(zhí)行器件時的靈敏度、分辨率、時間穩(wěn)定性、遲滯特性、重復(fù)性、線性度；發(fā)