一种基于MEMS电感的二维曲率传感器的制作方法

本发明属于微电子器件技术领域，具体涉及一种基于mems电感的二维曲率传感器，该曲率传感器通过检测弯曲衬底上电感的变化量，实现曲率的测量。

背景技术

在目前的测量曲率的器件中，任意形状凸凹曲面曲率半径一般多采用r型面样板测量，由于r型面样板是比较测量，所以无法测出几何形状的精确值。三坐标测量仪虽然较好地解决了上述问题，但是造价太高，体积也很大，不能在线测量。非接触光学测量法也同样存在着类似的问题。

现有技术cn201710023286.9提出一种基于柔性基板mems开关结构的曲率传感器，通过贴合在曲率表面的柔性基板上的mems开关吸合电压的改变，实现曲率的测量。

cn201710897844.4提出一种叉指电容结构的曲率传感器，是采用测量叉指电容变化的方法实现曲率测量。但是上述两种测量方法都只能测量一维方向的曲率，并且测量精度、重复性以及测量难易程度都有待提高。

技术实现要素：

技术问题：针对现有技术存在的技术问题，本发明的目的是提供一种基于mems电感的二维曲率传感器，该二维曲率传感器通过检测弯曲衬底上电感的变化量，实现多维曲率的测量，选用mems电感来感知二维曲率的变化，测量灵敏度可以达到较高水平，并且解决在材料、工艺、可靠性、可重复性和生产成本等诸多方面的问题，从而为实现基于mems电感的二维曲率传感器在微波集成系统中的产业化应用提供了支持和保证。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明提供了一种基于mems电感的二维曲率传感器，该曲率传感器包括衬底、三个终端式微波功率传感器结构、四个电感、质量块和微波信号；其中，终端式微波功率传感器结构包括共面波导、两个匹配电阻和热电堆；在共面波导的终端放置匹配电阻，微波功率在匹配电阻上被消耗并产生热量，造成匹配电阻周围的温度变化，放置在匹配电阻附近的热电堆感应这种温度变化并输出热电势加以测量，从而得出微波功率的大小。随着二维曲率的变化，该曲率传感器中的电感大小发生变化，导致传输到三个终端式微波功率传感器的微波功率大小发生变化，进而使得热电堆输出的热电势发生改变，从而实现二维曲率的测量。

具体技术方案如下：

一种基于mems电感的二维曲率传感器，其特征在于：

该曲率传感器包括柔性衬底、第一终端式微波功率传感器结构、第二终端式微波功率传感器结构、第三终端式微波功率传感器结构，所述第一终端式微波功率传感器结构、所述第二终端式微波功率传感器结构、所述第三终端式微波功率传感器结构分别通过第一共面波导中心信号线、第二共面波导中心信号线、第三共面波导中心信号线与第一电感、第二电感、第三电感相连接，还包括与微波信号线相连的第四电感，且所述第一电感、所述第二电感、所述第三电感、所述第四电感的另一端共同连接质量块；与所述第一共面波导中心信号线、所述第二共面波导中心信号线、所述第三共面波导中心信号线对应设置的第一热电堆、第二热电堆、第三热电堆，用于感应温度变化并输出热电势。

优选地，所述第一共面波导中心信号线、所述第二共面波导中心信号线、所述第三共面波导中心信号线的端部分别通过匹配电阻连接地线。

优选地，所述柔性衬底包括液晶聚合物(lcp)、聚对苯二甲酸乙二酯(pet)、聚二甲基硅氧烷(pdms)、聚酰亚胺(pi)、聚乙烯(pe)或聚氨酯(pu)。

优选地，所述共面波导中心信号线、地线通过匹配电阻对称设置。

优选地，所述微波功率传感器结构的输出随所述柔性衬底的曲率变化而变化。

优选地，所述第一终端式微波功率传感器结构、第二终端式微波功率传感器结构、第三终端式微波功率传感器结构结构参数相同。

优选地，所述热电堆由多个热电偶串接而成。

该曲率传感器采用微电子工艺，制作于柔性基板上，由于柔性基板的优良机械性能以及其低廉的成本，使该曲率传感器有巨大的应用前景；该曲率传感器相比传统曲率传感器结构更加简单，且因为采用mems电感感知二维曲率的变化，所以拥有较高的灵敏度，较小的体积，且易于测量。

有益效果：本发明与现有技术相比，具有以下优点：

一、该曲率传感器结构简单，由于采用mems技术，整体结构体积小，灵敏度高；

二、曲率传感器通过检测弯曲衬底上电感的变化量，实现曲率的测量，方便易行；

三、该二维曲率传感器选用多个热电偶串接而成的热电堆感应匹配电阻的温度变化，其热电压输出易于测量，使得传感器功耗较低，可靠性较高；

四、曲率传感器制作在成本低廉且具备保形特征的柔性基板上，并且与成熟的基板制作工艺相兼容，具有很好的成本优势。

本发明中的基于mems电感的二维曲率传感器，突破了传统检测原理的思维限制，寻找到了基于mems技术的实现方法，灵敏度和体积都有较大的提升。同时，基于mems电感结构的曲率传感器还具有结构简单、设计灵活、易于测量、工艺兼容等优势。

附图说明

图1是一种基于mems电感的二维曲率传感器。

其中有：衬底、三个终端式微波功率传感器结构(1a)(1b)(1c)、四个电感(2a)(2b)(2c)(2d)、质量块(3)和微波信号线(4)；其中，第一终端式微波功率传感器结构(1a)包括共面波导中心信号线(1a1)、第一地线(1a2)、第二地线(1a3)、两个匹配电阻(1a4)(1a5)和热电堆(1a6)；其中，第二终端式微波功率传感器结构(1b)包括共面波导中心信号线(1b1)、第一地线(1b2)、第二地线(1b3)、两个匹配电阻(1b4)(1b5)和热电堆(1b6)；其中，第三终端式微波功率传感器结构(1c)包括共面波导中心信号线(1c1)、第一地线(1c2)、第二地线(1c3)、两个匹配电阻(1c4)(1c5)和热电堆(1c6)；在共面波导中心信号线(1a1)和第一地线(1a2)之间放置匹配电阻(1a4)，共面波导中心信号线(1a1)和第二地线(1a3)之间放置匹配电阻(1a5)，共面波导中心信号线(1b1)和第一地线(1b2)之间放置匹配电阻(1b4)，共面波导中心信号线(1b1)和第二地线(1b3)之间放置匹配电阻(1b5)，共面波导中心信号线(1c1)和第一地线(1c2)之间放置匹配电阻(1c4)，共面波导中心信号线(1c1)和第二地线(1c3)之间放置匹配电阻(1c5)。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明。

实施例1

参见图1，本发明提供了一种基于mems电感的二维曲率传感器，该曲率传感器包括衬底、三个终端式微波功率传感器结构(分别为第一终端式微波功率传感器结构1a、第二终端式微波功率传感器结构1b、第三终端式微波功率传感器结构1c)、四个电感(分别为第一电感2a、第二电感2b、第三电感2c、第四电感2d)、质量块3和微波信号线4；其中，第一终端式微波功率传感器结构1a包括第一共面波导中心信号线1a1、第一地线1a2、第二地线1a3、第一匹配电阻1a4、第二匹配电阻1a5和第一热电堆1a6；其中，第二终端式微波功率传感器结构1b包括第二共面波导中心信号线1b1、第三地线1b2、第四地线1b3、第三匹配电阻1b4、第四匹配电阻1b5和第二热电堆1b6；其中，第三终端式微波功率传感器结构1c包括第三共面波导中心信号线1c1、第五地线1c2、第六地线1c3、第五匹配电阻1c4、第六匹配电阻1c5和第三热电堆1c6；在第一共面波导中心信号线1a1和第一地线1a2之间放置第一匹配电阻1a4，第一共面波导中心信号线1a1和第二地线1a3之间放置第二匹配电阻1a5，第二共面波导中心信号线1b1和第三地线1b2之间放置第三匹配电阻1b4，第二共面波导中心信号线1b1和第四地线1b3之间放置第四匹配电阻1b5，第三共面波导中心信号线1c1和第五地线1c2之间放置第五匹配电阻1c4，第三共面波导中心信号线1c1和第六地线1c3之间放置第六匹配电阻1c5。当有微波信号由微波信号线4输入时，微波功率在第一至第六匹配电阻1a4、1a5、、1b4、1b5、1c4、1c5上被消耗并产生热量，造成第一至第六匹配电阻1a4、1a5、1b4、1b5、1c4、1c5周围的温度变化，放置在第一至第六匹配电阻1a4、1a5、1b4、1b5、1c4、1c5附近的第一至第三热电堆1a6、1b6、1c6感应这种温度变化并输出热电势加以测量，热电势即电压输出，可以直接通过万用表(电压表)或者单片机芯片来测量，从而得出微波功率的大小。随着二维曲率的变化，该曲率传感器中的第一至第四电感2a、2b、2c、2d大小发生变化，导致传输到第一至第三终端式微波功率传感器1a、1b、1c的微波功率大小发生变化，进而使得第一至第三热电堆1a6、1b6、1c6输出的热电势发生改变，从而实现二维曲率的测量。

该曲率传感器采用微电子工艺，制作于柔性基板上，本发明的柔性基板可以采用多种常用的柔性基板材料，比如：液晶聚合物(lcp)、聚对苯二甲酸乙二酯(pet)、聚二甲基硅氧烷(pdms)、聚酰亚胺(pi)、聚乙烯(pe)、聚氨酯(pu)等。由于柔性基板的优良机械性能以及其低廉的成本，使该曲率传感器有巨大的应用前景；该曲率传感器相比传统曲率传感器结构更加简单，且因为采用mems电感感知二维曲率的变化，所以拥有较高的灵敏度，较小的体积，且易于测量。

本发明中基于mems电感的二维曲率传感器不同于传统的二维传感器，该传感器具有以下主要特点：一、该曲率传感器结构简单，由于采用mems技术，整体结构体积小，灵敏度高；二、曲率传感器通过检测弯曲衬底上电感的变化量，实现曲率的测量，方便易行；三、该二维曲率传感器选用多个热电偶串接而成的热电堆感应匹配电阻的温度变化，其热电压输出易于测量，使得传感器功耗较低，可靠性较高；四、曲率传感器制作在成本低廉且具备保形特征的柔性基板上，并且与成熟的基板制作工艺相兼容，具有很好的成本优势。

区分是否为该结构的标准如下：

(a)采用cpw结构或微带线结构，

(b)采用mems终端式微波传感器结构，

(c)采用mems电感来感知二维曲率的变化。

满足以上三个条件的结构即应视为该结构的二维曲率传感器。

以上所述仅为本发明的较佳实施方式，本发明的保护范围并不以上述实施方式为限，但凡本领域普通技术人员根据本发明所揭示内容所作的等效修饰或变化，皆应纳入权利要求书中记载的保护范围内。