CN107421526B - 一种仿生双轴毛发传感器装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种仿生双轴毛发传感器装置，包括上层为金属铝合金毛发、中层为硅微传感器、下层为设有信号引线的玻璃衬底共三层结构，所述金属铝合金毛发粘合在硅微传感器上表面的中心位置，所述硅微传感器由底座质量块、四个摆动抑制弹性结构和四个谐振器子结构组成，所述四个谐振器子结构分别位于底座质量块四侧的镂空区域内，所述四个摆动抑制弹性结构分别位于四个谐振器子侧面的镂空区域内。本发明通过检测双端固定音叉谐振梁的固有频率的变化，计算谐振梁受到的轴向力的大小，从而实现对平面内两个方向的流速及加速度的敏感，并且具有体积小、重量轻、结构紧凑、分辨率高、精度高等优点。
Description
技术领域
本发明属于微电子机械系统和微惯性测量技术领域，具体涉及一种可用于流速和加速度敏感的仿生双轴毛发传感器装置。
背景技术
微机械系统(MEMS)是指特征尺寸在微米量级、器件尺寸在毫米量级，由微电子和微机械单元组成，在硅基衬底(不限于硅基)上批量制造，集微机械元件、微传感元件、微执行元件及信号处理和控制单元与一体的微型器件或系统。MEMS是一项革命性的新技术，是微观尺度制造技术的演进与革命。将成熟的MEMS加工技术用于传感器的设计制造，可以突破现有传感器的尺寸及性能极限，也能激发新型传感器传感原理及传感技术的研究。
仿生毛发传感器是近年来受到广泛关注的一种传感器设计新思路。通过仿照自然界中的毛发结构，可以设计出具有三维机构特征、具有较高的空间和质量利用率的传感器。仿生毛发传感器具有多物理量传感检测能力、低探测阈值、快速响应、造价低廉及高耐久度等优点，从而满足各工程领域的应用需求。
近年来，国内外的研究机构开始对仿生毛发传感器进行了一定的研究。美国西北大学的Chang Liu教授团队研究的一种仿鱼横向线的仿生毛发传感器，通过电阻的压阻效应来模仿神经突触的信号变换，可以实现对外界输入流速的敏感。但是，目前大部分机构研发的仿生毛发传感器只能对单一物理量敏感，无法实现多物理信号敏感，功能较为单一，实用性较差。
发明内容
发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，提供一种可以实现平面内两个方向流速和加速度敏感的双轴仿生毛发传感器装置，具有体积小、重量轻、结构紧凑、分辨率高、精度高等优点。
技术方案：为实现上述目的，本发明提供一种仿生双轴毛发传感器装置，包括上层为金属铝合金毛发、中层为硅微传感器、下层为设有信号引线的玻璃衬底共三层结构，所述金属铝合金毛发粘合在硅微传感器上表面的中心位置，所述硅微传感器由底座质量块、四个摆动抑制弹性结构和四个谐振器子结构组成，所述四个谐振器子结构分别位于底座质量块四侧的镂空区域内，所述四个摆动抑制弹性结构分别位于四个谐振器子侧面的镂空区域内，所述四个摆动抑制弹性结构和四个谐振器子结构均通过锚点键合在玻璃衬底上，所述玻璃衬底上布有信号引线，并且与硅微传感器上布置的电极相连接。
进一步地，所述四个摆动抑制弹性结构分别为第一摆动抑制弹性结构3-1、第二摆动抑制弹性结构3-2、第三摆动抑制弹性结构3-3和第四摆动抑制弹性结构3-4，所述四个谐振器子结构分别为第一谐振器子结构4-1、第二谐振器子结构4-2、第三谐振器子结构4-3和第四谐振器子结构4-4，所述第一谐振器子结构4-1位于底座质量块上侧镂空区域内，所述第二谐振器子结构4-2位于底座质量块右侧镂空区域内，所述第三谐振器子结构4-3位于底座质量块左侧镂空区域内，所述第四谐振器子结构4-4位于底座质量块下侧镂空区域内，所述第一谐振器子结构4-1和第四谐振器子结构4-4相对于底座质量块表面中心对称布置，所述第二谐振器子结构4-2和第三谐振器子结构4-3相对于底座质量块表面中心对称布置，所述第一摆动抑制弹性结构3-1位于第一谐振器子结构4-1上侧镂空区域内，所述第二摆动抑制弹性结构3-2位于第二谐振器子结构4-2右侧镂空区域内，所述第三摆动抑制弹性结构3-3位于第三谐振器子结构4-3左侧镂空区域内，所述第四摆动抑制弹性结构3-4位于第四谐振器子结构4-4下侧镂空区域内，所述第一摆动抑制弹性结构3-1和第四摆动抑制弹性结构3-4相对于底座质量块表面中心对称布置，所述第二摆动抑制弹性结构3-2和第三摆动抑制弹性结构3-3相对于底座质量块表面中心对称布置，所述第一摆动抑制弹性结构3-1、第二摆动抑制弹性结构3-2、第三摆动抑制弹性结构3-3和第四摆动抑制弹性结构3-4分别通过第一锚点5-1、第二锚点5-2、第三锚点5-3和第四锚点5-4键合在玻璃衬底上，所述第一谐振器子结构4-1、第二谐振器子结构4-2、第三谐振器子结构4-3和第四谐振器子结构4-4分别通过第五锚点7-1和第六锚点8-1、第七锚点7-2和第八锚点8-2、第九锚点7-3和第十锚点8-3、第十一锚点7-4和第十二锚点8-4键合在玻璃衬底上。
进一步地，所述第一摆动抑制弹性结构3-1、第二摆动抑制弹性结构3-2、第三摆动抑制弹性结构3-3和第四摆动抑制弹性结构3-4结构完全相同且相邻间隔为90度。
进一步地，所述第一谐振器子结构4-1、第二谐振器子结构4-2、第三谐振器子结构4-3和第四谐振器子结构4-4结构完全相同且相邻间隔为90度。
进一步地，所述摆动抑制弹性结构由四个方波弹性梁组成，所述四个方波弹性梁的一端均与底座质量块相连接，另一端均与锚点相连接，所述四个方波弹性梁分别对称布置在锚点的四侧。
进一步地，所述谐振器子结构由杠杆弹性梁和双端固定音叉及其驱动检测梳齿结构组成，所述杠杆弹性梁的输入端与底座质量块相连接，输出端通过一个第二短直梁10-1b与双端固定音叉相连接，所述双端固定音叉的一端通过第二短直梁10-1b与杠杆弹性梁的输出端连接，另一端与固定在玻璃衬底上的对应的锚点相连接，所述杠杆弹性梁的末端通过一个第一短直梁10-1a与固定在玻璃衬底上的对应的锚点相连接，所述双端固定音叉的驱动检测梳齿结构由第一驱动梳齿、第二驱动梳齿以及第一检测梳齿、第二检测梳齿、第三检测梳齿、第四检测梳齿组成，所述双端固定音叉从音叉臂中点引出梳齿，所述第一驱动梳齿和第二驱动梳齿分别位于引出梳齿的上侧和下侧，所述第一驱动梳齿和第二驱动梳齿与双端固定音叉的引出梳齿对插形成驱动电容极板组，所述第一检测梳齿位于双端固定音叉的上引出梳齿及上音叉臂之间的左侧部位，所述第二检测梳齿位于双端固定音叉的下引出梳齿及下音叉臂之间的左侧部位，所述第三检测梳齿位于双端固定音叉的上引出梳齿及上音叉臂之间的右侧部位，所述第四检测梳齿位于双端固定音叉的下引出梳齿及下音叉臂之间的右侧部位，所述第一检测梳齿、第二检测梳齿、第三检测梳齿、第四检测梳齿与双端固定音叉的引出梳齿对插形成检测电容极板组，杠杆弹性梁的输入端、输出端和末端形成杠杆力放大结构。
进一步地，所述玻璃衬底所采用的制作材料为硼基玻璃。
进一步地，所述所有的驱动梳齿包括第一驱动梳齿9-1b、第二驱动梳齿9-1c、第一驱动梳齿9-2b、第二驱动梳齿9-2c、第一驱动梳齿9-3b、第二驱动梳齿9-3c、第一驱动梳齿9-4b、第二驱动梳齿9-4c分别与驱动梳齿电极1104a、1104b、1106a、1106b、1108a、1108b、1110a、1110b、1112a、1112b、1114a、1114b、1116a、1116b、1118a、1118b相键合；所述所有的检测梳齿包括第一检测梳齿9-1d、第二检测梳齿9-1e、第三检测梳齿9-1f、第四检测梳齿9-1g、第一检测梳齿9-2d、第二检测梳齿9-2e、第三检测梳齿9-2f、第四检测梳齿9-2g、第一检测梳齿9-3d、第二检测梳齿9-3e、第三检测梳齿9-3f、第四检测梳齿9-3g、第一检测梳齿9-4d、第二检测梳齿9-4e、第三检测梳齿9-4f、第四检测梳齿9-4g分别与检测梳齿电极1105a、1105b、1107a、1107b、1109a、1109b、1111a、1111b、1113a、1113b、1115a、1115b、1117a、1117b、1119a、1119b相键合；所述固定在玻璃衬底上的锚点5-1、5-2、5-3、5-4、7-1、7-2、7-3、7-4、8-1、8-2、8-3、8-4分别与固定锚点电极1101a、1101b、1101c、1101d、1102a、1102b、1102c、1102d、1103a、1103b、1103c、1103d相键合，且通过信号引线与引出电极1104c、1106c、1108c、1110c、1112c、1114c、1116c、1118c、1105c、1107c、1109c、1111c、1113c、1115c、1117c、1119c、1101e、1101f、1101g、1101h相连接。
本发明中当金属铝合金毛发受到X方向(或Y方向)外界加速度或流体作用时，会带动底座质量块绕着Y方向(或X方向)轴线偏转一定的角度，在偏转过程中摆动抑制弹性结构中的方波弹性梁的方形结构在Z方向会被拉伸产生形变，产生相反的弹性作用力，可以有效抑制传感器在Z轴方向的摆动运动。
本发明中当金属铝合金毛发受到X方向(或Y方向)外界加速度或流体作用时，会带动矩形框架底座绕着Y方向(或X方向)轴线偏转一定的角度，底座质量块的偏转力矩作用在杠杆弹性梁的输入端，杠杆弹性梁的输出端将放大后的力作用于双端固定音叉，双端固定音叉受到沿其轴向的外力后，其固有频率将会发生变化，当双端固定音叉所受到的轴向外力发生改变时，其固有频率的改变程度也发生变化。
本发明中当金属铝合金毛发受到X方向(或Y方向)外界加速度或流体作用导致双端固定音叉固有频率发生变化时，在双端固定音叉两侧的驱动梳齿所连接的固定电极以及施加带直流偏置的交流驱动电压后，产生交变驱动力，在交变驱动力的作用下，双端固定音叉两根平行的音叉臂谐振梁沿Y轴(X轴)方向做简谐振动，通过检测电极将简谐振动位移信号提取出来，再通过控制算法反馈给驱动电极，实现系统的闭环自激控制，从而实现谐振梁固有频率的测量。
本发明中通过对传感器的阵列集成，可以实现对流速和加速度的检测区分。将部分密封封装的传感器和部分不做封装处理的传感进行阵列集成，密封封装的传感器只会受到加速度作用，而不做封装处理的传感器会同时受到加速度和流速作用，通过两组传感器的对外界的响应对比，可以实现对流速和加速度的检测区分。
有益效果：本发明与现有技术相比，具备如下优点：
1、采用双轴结构，可对平面内两个方向流速及加速度敏感；采用传感器阵列的形式，实现对加速度与流体速度的检测区分；
2、采用仿生毛发结构来敏感外部物理量的输入，可有效提高检测灵敏度及精度，且具有较强的抗干扰能力；
3、采用准数字信号输出的谐振式传感结构，具有较好的重复性、分辨率和稳定性，谐振器子结构采用双端固定音叉作为谐振器，具有灵敏度高、测量精度高，抗干扰能力强等优点；
4、采用摆动抑制弹性结构用于抑制传感器在Z轴上的摆动运动，减小对后续的杠杆力放大及谐振检测产生的不利影响。
附图说明
图1为本发明的整体机械结构立体示意图；
图2为本发明的整体机械结构平面示意图；
图3为本发明中第一谐振器子结构的平面示意图；
图4为本发明中第一摆动抑制弹性结构的平面示意图；
图5为本发明中玻璃衬底信号引线示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。
实施例1：
如图1～图2所示，本发明提供一种仿生双轴毛发传感器装置，包括上层为金属铝合金毛发1、中层为硅微传感器、下层为设有信号引线的玻璃衬底共三层结构，所述金属铝合金毛发粘合在硅微传感器上表面的中心位置，所述硅微传感器由底座质量块2、四个摆动抑制弹性结构和四个谐振器子结构组成，所述四个谐振器子结构分别位于底座质量块2四侧的镂空区域内，所述四个摆动抑制弹性结构分别位于四个谐振器子侧面的镂空区域内，所述四个摆动抑制弹性结构和四个谐振器子结构均通过锚点键合在玻璃衬底上，所述玻璃衬底上布有信号引线，并且与硅微传感器上布置的电极相连接，所述四个摆动抑制弹性结构分别为第一摆动抑制弹性结构3-1、第二摆动抑制弹性结构3-2、第三摆动抑制弹性结构3-3和第四摆动抑制弹性结构3-4，所述四个谐振器子结构分别为第一谐振器子结构4-1、第二谐振器子结构4-2、第三谐振器子结构4-3和第四谐振器子结构4-4，所述第一谐振器子结构4-1位于底座质量块2上侧镂空区域内，所述第二谐振器子结构4-2位于底座质量块2右侧镂空区域内，所述第三谐振器子结构4-3位于底座质量块2左侧镂空区域内，所述第四谐振器子结构4-4位于底座质量块2下侧镂空区域内，所述第一谐振器子结构4-1和第四谐振器子结构4-4相对于底座质量块2表面中心对称布置，所述第二谐振器子结构4-2和第三谐振器子结构4-3相对于底座质量块2表面中心对称布置，所述第一摆动抑制弹性结构3-1位于第一谐振器子结构4-1上侧镂空区域内，所述第二摆动抑制弹性结构3-2位于第二谐振器子结构4-2右侧镂空区域内，所述第三摆动抑制弹性结构3-3位于第三谐振器子结构4-3左侧镂空区域内，所述第四摆动抑制弹性结构3-4位于第四谐振器子结构4-4下侧镂空区域内，所述第一摆动抑制弹性结构3-1和第四摆动抑制弹性结构3-4相对于底座质量块2表面中心对称布置，所述第二摆动抑制弹性结构3-2和第三摆动抑制弹性结构3-3相对于底座质量块2表面中心对称布置，所述第一摆动抑制弹性结构3-1、第二摆动抑制弹性结构3-2、第三摆动抑制弹性结构3-3和第四摆动抑制弹性结构3-4分别通过第一锚点5-1、第二锚点5-2、第三锚点5-3和第四锚点5-4键合在玻璃衬底上，所述第一谐振器子结构4-1、第二谐振器子结构4-2、第三谐振器子结构4-3和第四谐振器子结构4-4分别通过第五锚点7-1和第六锚点8-1、第七锚点7-2和第八锚点8-2、第九锚点7-3和第十锚点8-3、第十一锚点7-4和第十二锚点8-4键合在玻璃衬底上。
实施例2：
所述第一摆动抑制弹性结构3-1、第二摆动抑制弹性结构3-2、第三摆动抑制弹性结构3-3和第四摆动抑制弹性结构3-4结构完全相同且相邻间隔为90度，具体以第一摆动抑制弹性结构3-1为例，如图4所示，所述第一摆动抑制弹性结构3-1由第一方波弹性梁3-1a、第二方波弹性梁3-1b、第三方波弹性梁3-1c和第四方波弹性梁3-1d组成，所述第一方波弹性梁3-1a的一端与底座质量块2相连接，另一端与第一锚点5-1相连接，所述第一方波弹性梁3-1a位于第一锚点5-1上侧；所述第二方波弹性梁3-1b的一端与底座质量块2相连接，另一端与第一锚点5-1相连接，所述第二方波弹性梁3-1b位于第一锚点5-1右侧；所述第三方波弹性梁3-1c的一端与底座质量块2相连接，另一端与第一锚点5-1相连接，所述第三方波弹性梁3-1c位于第一锚点5-1下侧；所述第四方波弹性梁3-1d的一端与底座质量块2相连接，另一端与第一锚点5-1相连接，所述第四方波弹性梁3-1d位于第一锚点5-1左侧。所述第一方波弹性梁3-1a和第三方波弹性梁3-1c相对于第一锚点5-1对称布置，所述第二方波弹性梁3-1b和第四方波弹性梁3-1d相对于第一锚点5-1对称布置。
实施例3：
所述第一谐振器子结构4-1、第二谐振器子结构4-2、第三谐振器子结构4-3和第四谐振器子结构4-4结构完全相同且相邻间隔为90度，如图3所示，具体以第一谐振器子结构4-1为例，所述第一谐振器子结构4-1由第一杠杆弹性梁6-1、第一双端固定音叉及其驱动检测梳齿结构9-1组成，所述第一双端固定音叉及其驱动检测梳齿结构9-1由一个包含梳齿的第一双端固定音叉9-1a、第一驱动梳齿9-1b、第二驱动梳齿9-1c以及第一检测梳齿9-1d、第二检测梳齿9-1e、第三检测梳齿9-1f、第四检测梳齿9-1g组成，所述第一杠杆弹性梁6-1的输入端与底座质量块2相连接，输出端通过一个第二短直梁10-1b与双端固定音叉9-1a相连接，所述第一杠杆弹性梁6-1的末端通过一个第一短直梁10-1a与固定在玻璃衬底上的第五锚点7-1相连接，所述第一双端固定音叉9-1a的另一端通过一个第三短直梁10-1c与固定在玻璃衬底上的第六锚点8-1相连接，所述第一双端固定音叉9-1a从音叉臂中点引出梳齿，所述第一驱动梳齿9-1b位于第一双端固定音叉9-1a的引出梳齿的上侧，所述第二驱动梳齿9-1c位于第一双端固定音叉9-1a的引出梳齿的下侧，所述第一驱动梳齿9-1b和第二动梳齿9-1c与第一双端固定音叉9-1a的引出梳齿对插形成驱动电容极板组；所述第一检测梳齿9-1d位于第一双端固定音叉9-1a的上引出梳齿及上音叉臂之间的左侧部位，所述第二检测梳齿9-1e位于第一双端固定音叉9-1a的下引出梳齿及下音叉臂之间的左侧部位，所述第三检测梳齿9-1f位于第一双端固定音叉9-1a的上引出梳齿及上音叉臂之间的右侧部位，所述第四检测梳齿9-1g位于第一双端固定音叉9-1a的下引出梳齿及下音叉臂之间的右侧部位，所述第一检测梳齿9-1d、第二检测梳齿9-1e、第三检测梳齿9-1f和第四检测梳齿9-1g与第一双端固定音叉9-1a的引出梳齿对插形成检测电容极板组。
实施例4：
如图5所示，为本发明中玻璃衬底上的电极分布及信号引线，其中极1101a、1101b、1101c、1101d分别与第一锚点5-1、第二锚点5-2、第三锚点5-3、第四锚点5-4键合，引出电极分别为1101e、1101f、1101g、1101h；电极1102a、1102b、1102c、1102d分别与锚点7-1、7-2、7-3、7-4键合，且通过信号引线分别与引出电极1101e、1101f、1101g、1101h相连接；电极1103a、1103b、1103c、1103d分别与第六锚点8-1、第八锚点8-2、第十锚点8-3、第十二锚点8-4键合，且通过信号引线分别与引出电极1101e、1101f、1101g、1101h相连接；电极1104a、1104b与第一驱动梳齿9-1b键合，且通过信号引线相连接，引出电极为1104c；电极1106a、1106b与第二驱动梳齿9-1c键合，且通过信号引线相连接，引出电极为1106c；电极1108a、1108b与第一驱动梳齿9-2b键合，且通过信号引线相连接，引出电极为1108c；电极1110a、1110b与第二驱动梳齿9-2c键合，且通过信号引线相连接，引出电极为1110c；电极1112a、1112b与第一驱动梳齿9-3b键合，且通过信号引线相连接，引出电极为1112c；电极1114a、1114b与第二驱动梳齿9-3c键合，且通过信号引线相连接，引出电极为1114c；电极1116a、1116b与第一驱动梳齿9-4b键合，且通过信号引线相连接，引出电极为1116c；电极1118a、1118b与第二驱动梳齿9-4c键合，且通过信号引线相连接，引出电极为1118c；电极1105a、1105b分别与第一检测梳齿9-1d、第三检测梳齿9-1f键合，且通过信号引线相连接，引出电极为1105c；电极1107a、1107b分别与第二检测梳齿9-1e、第四检测梳齿9-1g键合，且通过信号引线相连接，引出电极为1107c；电极1109a、1109b分别与第一检测梳齿9-2d、第三检测梳齿9-2f键合，且通过信号引线相连接，引出电极为1109c；电极1111a、1111b分别与第二检测梳齿9-2e、第四检测梳齿9-2g键合，且通过信号引线相连接，引出电极为1111c；电极1113a、1113b分别与第一检测梳齿9-3d、第三检测梳齿9-3f键合，且通过信号引线相连接，引出电极为1113c；电极1115a、1115b分别与第二检测梳齿9-3e、第四检测梳齿9-3g键合，且通过信号引线相连接，引出电极为1115c；电极1117a、1117b分别与第一检测梳齿9-4d、第四检测梳齿9-4f键合，且通过信号引线相连接，引出电极为1117c；电极1119a、1119b分别与第二检测梳齿9-4e、第四检测梳齿9-4g键合，且通过信号引线相连接，引出电极为1119c。
实施例5：
本发明中的金属铝合金毛发1受到X方向(Y方向)外界加速度或流体作用时，会带动底座质量块2绕着Y方向(X方向)轴线偏转一定的角度，底座质量块2的偏转力矩作用在杠杆弹性梁6的输入端，杠杆弹性梁6的输出端将放大后的力作用于双端固定音叉9，双端固定音叉9受到沿其轴向的外力后，其固有频率将会发生变化，在双端固定音叉9两侧的驱动梳齿所连接的固定电极以及施加带直流偏置的交流驱动电压后，产生交变驱动力，在交变驱动力的作用下，双端固定音叉9两根平行的音叉臂谐振梁沿Y轴(X轴)方向做简谐振动，通过检测电极将简谐振动位移信号提取出来，再通过控制算法反馈给驱动电极，实现系统的闭环自激控制，从而实现谐振梁固有频率的测量。
根据振动力学分析可知，单梁在受到弯曲和张力的作用下，可得其运动平衡微分方程：
其中，ψ为梁在Y轴上的弯曲挠度，E为谐振梁材料的弹性模量，I为谐振梁横截面的转动惯量，F为沿着X轴方向施加到谐振梁上的力，ρ为谐振梁材料的密度，A为谐振梁的横截面面积，P为谐振梁上的横向剪力。需要指出的是，F除了包括传感器受到的压力，也包括传感器内部任何可能存在的残余应力
假设梁横截面上以及轴向上的力为常量，可以推导出谐振梁的固有频率。谐振梁的等效质量Meff及等效刚度Keff计算公式为
则谐振梁的工作模态的固有频率为：
可求得谐振器的工作模态的固有频率ωn
由上述推导可知，在知道谐振梁横向自由振动的振型方程的前提下，我们就可以计算出谐振梁的固有频率和受到轴向力作用时的频率，也就是说，通过检测谐振梁的固有频率的变化，就可以倒推出谐振梁受到的轴向力的大小，从而实现对外力的敏感。
Claims (6)
1.一种仿生双轴毛发传感器装置，其特征在于：包括上层为金属铝合金毛发、中层为硅微传感器、下层为设有信号引线的玻璃衬底共三层结构，所述金属铝合金毛发粘合在硅微传感器上表面的中心位置，所述硅微传感器由底座质量块、四个摆动抑制弹性结构和四个谐振器子结构组成，所述四个谐振器子结构分别位于底座质量块四侧的镂空区域内，所述四个摆动抑制弹性结构分别位于四个谐振器子侧面的镂空区域内，所述四个摆动抑制弹性结构和四个谐振器子结构均通过锚点键合在玻璃衬底上，所述玻璃衬底上布有信号引线，并且与硅微传感器上布置的电极相连接；
所述四个摆动抑制弹性结构分别为第一摆动抑制弹性结构(3-1)、第二摆动抑制弹性结构(3-2)、第三摆动抑制弹性结构(3-3)和第四摆动抑制弹性结构(3-4)，所述四个谐振器子结构分别为第一谐振器子结构(4-1)、第二谐振器子结构(4-2)、第三谐振器子结构(4-3)和第四谐振器子结构(4-4)，所述第一谐振器子结构(4-1)位于底座质量块上侧镂空区域内，所述第二谐振器子结构(4-2)位于底座质量块右侧镂空区域内，所述第三谐振器子结构(4-3)位于底座质量块左侧镂空区域内，所述第四谐振器子结构(4-4)位于底座质量块下侧镂空区域内，所述第一谐振器子结构(4-1)和第四谐振器子结构(4-4)相对于底座质量块表面中心对称布置，所述第二谐振器子结构(4-2)和第三谐振器子结构(4-3)相对于底座质量块表面中心对称布置，所述第一摆动抑制弹性结构(3-1)位于第一谐振器子结构(4-1)上侧镂空区域内，所述第二摆动抑制弹性结构(3-2)位于第二谐振器子结构(4-2)右侧镂空区域内，所述第三摆动抑制弹性结构(3-3)位于第三谐振器子结构(4-3)左侧镂空区域内，所述第四摆动抑制弹性结构(3-4)位于第四谐振器子结构(4-4)下侧镂空区域内，所述第一摆动抑制弹性结构(3-1)和第四摆动抑制弹性结构(3-4)相对于底座质量块表面中心对称布置，所述第二摆动抑制弹性结构(3-2)和第三摆动抑制弹性结构(3-3)相对于底座质量块表面中心对称布置，所述第一摆动抑制弹性结构(3-1)、第二摆动抑制弹性结构(3-2)、第三摆动抑制弹性结构(3-3)和第四摆动抑制弹性结构(3-4)分别通过第一锚点(5-1)、第二锚点(5-2)、第三锚点(5-3)和第四锚点(5-4)键合在玻璃衬底上，所述第一谐振器子结构(4-1)、第二谐振器子结构(4-2)、第三谐振器子结构(4-3)和第四谐振器子结构(4-4)分别通过第五锚点(7-1)和第六锚点(8-1)、第七锚点(7-2)和第八锚点(8-2)、第九锚点(7-3)和第十锚点(8-3)、第十一锚点(7-4)和第十二锚点(8-4)键合在玻璃衬底上。
2.根据权利要求1所述的一种仿生双轴毛发传感器装置，其特征在于：所述第一摆动抑制弹性结构(3-1)、第二摆动抑制弹性结构(3-2)、第三摆动抑制弹性结构(3-3)和第四摆动抑制弹性结构(3-4)结构完全相同且相邻间隔为90度。
3.根据权利要求1所述的一种仿生双轴毛发传感器装置，其特征在于：所述第一谐振器子结构(4-1)、第二谐振器子结构(4-2)、第三谐振器子结构(4-3)和第四谐振器子结构(4-4)结构完全相同且相邻间隔为90度。
4.根据权利要求1所述的一种仿生双轴毛发传感器装置，其特征在于：所述摆动抑制弹性结构由四个方波弹性梁组成，所述四个方波弹性梁的一端均与底座质量块相连接，另一端均与锚点相连接，所述四个方波弹性梁分别对称布置在锚点的四侧。
5.根据权利要求1所述的一种仿生双轴毛发传感器装置，其特征在于：所述谐振器子结构由杠杆弹性梁和双端固定音叉及其驱动检测梳齿结构组成，所述杠杆弹性梁的输入端与底座质量块相连接，输出端通过一个第二短直梁(10-1b)与双端固定音叉相连接，所述双端固定音叉的一端通过第二短直梁(10-1b)与杠杆弹性梁的输出端连接，另一端与固定在玻璃衬底上的对应的锚点相连接，所述杠杆弹性梁的末端通过一个第一短直梁(10-1a)与固定在玻璃衬底上的对应的锚点相连接，所述双端固定音叉的驱动检测梳齿结构由第一驱动梳齿、第二驱动梳齿以及第一检测梳齿、第二检测梳齿、第三检测梳齿、第四检测梳齿组成，所述双端固定音叉从音叉臂中点引出梳齿，所述第一驱动梳齿和第二驱动梳齿分别位于引出梳齿的上侧和下侧，所述第一驱动梳齿和第二驱动梳齿与双端固定音叉的引出梳齿对插形成驱动电容极板组，所述第一检测梳齿位于双端固定音叉的上引出梳齿及上音叉臂之间的左侧部位，所述第二检测梳齿位于双端固定音叉的下引出梳齿及下音叉臂之间的左侧部位，所述第三检测梳齿位于双端固定音叉的上引出梳齿及上音叉臂之间的右侧部位，所述第四检测梳齿位于双端固定音叉的下引出梳齿及下音叉臂之间的右侧部位，所述第一检测梳齿、第二检测梳齿、第三检测梳齿、第四检测梳齿与双端固定音叉的引出梳齿对插形成检测电容极板组。
6.根据权利要求1所述的一种仿生双轴毛发传感器装置，其特征在于：所述玻璃衬底所采用的制作材料为硼基玻璃。
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