弱耦合谐振式超高灵敏度微力传感器

针对高灵敏度、高分辨力的微力测量需求，提出并研制了基于模态局部化技术的弱耦合谐振式微力传感器。采用铍青铜耦合谐振器与柔性杠杆相结合的复合式结构，通过检测振幅比变化的方式测量微力，利用柔性铰链结构将被测微力高效转化为受扰动谐振器的轴向刚度变化，从而实现了超高的微力测量灵敏度。运用理论分析与仿真计算结合的方法验证了设计模型的合理性，搭建谐振器机械振幅测量及微力标定实验装置对传感器的性能指标进行了实验测试。实验结果表明，所研制的弱耦合谐振式微力传感器的量程为0~120 mN，相对灵敏度超过135.05×10-6/μN，相较于应变式微力传感器的相对灵敏度提升4 600倍以上，分辨力优于30 μN。该研究验证了弱耦合谐振式微力传感器结构方案的可行性，为超高灵敏度微力测量提供了新的思路。