【摘要】：微懸臂梁是最簡單的MEMS構件之一,目前微懸臂梁傳感技術已經(jīng)成為一種應用廣泛、響應速度快、檢測精度高的新型傳感技術,綜合了微機電系統(tǒng)(MEMS)、機械學、電學、光學以及力學等交叉學科,在生物工程、環(huán)境監(jiān)測、微力測量和信息工程等領域的應用得到了拓展。本文以微機械技術為基礎,參考現(xiàn)今國內(nèi)外微懸臂梁技術研究現(xiàn)狀,探究微懸臂梁傳感的信號檢測方式,對比多種數(shù)據(jù)讀出方式,最終確定使用光杠桿檢測法,用于實時監(jiān)控微懸臂陣列的傳感系統(tǒng)。文中采用循環(huán)方式實現(xiàn)對陣列微懸臂梁的掃描檢測,對微懸臂梁靜態(tài)工作模式進行研究。光學檢測系統(tǒng)利用八個平面鏡固定在八面體轉(zhuǎn)動臺上,通過電機的轉(zhuǎn)動帶動平面鏡的轉(zhuǎn)動。激光器發(fā)射的激光束照射到平面鏡上,經(jīng)平面鏡反射至微懸臂梁尖端。驅(qū)動轉(zhuǎn)動臺的轉(zhuǎn)動,使八只平面反射鏡隨著轉(zhuǎn)動臺的轉(zhuǎn)動,逐一地處在激光光束的光路中,并在八只平面反射鏡上逐一地形成不同位置上的八束反射光,對應地照射在微懸臂梁陣列中八根微懸臂梁的自由端,實現(xiàn)對微懸臂梁陣列的循環(huán)掃描。再通過激光束光斑在光電位置敏感探測器上的位移變化,將電信號轉(zhuǎn)化成為位移信號,利用虛擬儀器編寫程序?qū)π盘柌杉幚?完成對微懸臂梁陣列的在線測驗。本文首先闡述了現(xiàn)如今國內(nèi)外微懸臂梁傳感技術發(fā)展現(xiàn)狀,對微懸臂梁發(fā)展歷史進行介紹,著重敘述了微懸臂梁的工作原理以及數(shù)據(jù)讀出方式。將三種微懸臂梁陣列傳感器實現(xiàn)方式進行對比,由于多激光檢測增加設備成本,而面光源檢測需要加厚微懸臂梁的尺寸,本文為保證光源輸出信號穩(wěn)定,利用改變平面鏡的角度實現(xiàn)掃描檢測微懸臂梁,避免激光器的移動產(chǎn)生誤差,同時降低了成本,故而選擇單激光逐點檢測法作為本文的實現(xiàn)方式,用于實時監(jiān)控微懸臂陣列。分析微懸臂梁兩種工作模式的優(yōu)劣,選定對微懸臂梁靜態(tài)工作模式進行探討。之后在實驗室已經(jīng)實現(xiàn)單根微懸臂梁檢測系統(tǒng)的基礎上,對循環(huán)掃描微懸臂梁陣列傳感檢測系統(tǒng)的實驗方案加以研究,設計以平面鏡反射光源照射微懸臂梁的光路系統(tǒng),優(yōu)化整體系統(tǒng)布局并且對系統(tǒng)中電機、夾持裝置、轉(zhuǎn)動平臺等設備參數(shù)進行調(diào)整。本文使用LabVIEW圖形化編程軟件編寫程序來完成微懸臂梁陣列傳感檢測系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理部分。利用LabVIEW中設置斷點、顯示數(shù)據(jù)及其通過程序的結(jié)果、單步執(zhí)行等功能,對程序進行調(diào)試。搭建完成整體檢測系統(tǒng)后,本文先利用微針頭修飾裝置對微懸臂梁修飾偶氮苯聚合物,對微懸臂梁傳感系統(tǒng)循環(huán)掃描來測試系統(tǒng)穩(wěn)定性,然后利用加熱陶瓷片測試溫度變化條件下微懸臂梁形變量,最后利用參考梁和修飾梁在紫外光照射下微懸臂梁彎曲情況。實驗表明本文設計搭建的基于循環(huán)掃描方式的微懸臂梁陣列傳感檢測系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)高靈敏度檢測。圖[65]表[1]參[64]
【圖文】：

圖 1 智能傳感器結(jié)構原理框圖Fig. 1 Structural schematic block diagram of intelligent sens術概述不提到一個十分具有戰(zhàn)略意義的技術：MEMS 技術，而來，主要采用類似集成電路技術制造的微型器件或到微電子學、機械學、材料學、力學、聲學、光學、項未來微技術集中發(fā)展的方向，MEMS 技術已經(jīng)交叉和精密機械加工技術結(jié)合的產(chǎn)物。在未來發(fā)展的方向，在電子器械、汽車制造以及軍事領域等行業(yè)都有十術真正發(fā)展起來是在 1987 年，，馮龍生等人研制出了著 MEMS 技術走向了一個新的紀元。在此之后，射統(tǒng)、生物微機電系統(tǒng)乃至納機電系統(tǒng)等概念被不斷

圖 2 微機電系統(tǒng)組成框圖Fig. 2 Composition block diagram of micro electromechanical system隨著 MEMS 傳感器逐漸深入地運用，它為市場帶來的創(chuàng)新功能和用戶體驗巨大的。其最早運用的領域就是軍事領域了，從小型慣性測量裝置、微全分統(tǒng)，到 RF 傳感器、網(wǎng)絡傳感器、無人值守傳感器等項目，MEMS 技術在世國的軍事應用中都發(fā)揮了巨大的作用。該技術也漸漸融入到社會生活中，我生活變得智能化，佩戴的智能手表，使用的智能手機，開的智能汽車和智能機，以及智能機器人等等，都使我們的生活變得迅捷便利[7]。當下，MEM在智能時代飛速發(fā)展，提高著我們的生活質(zhì)量，隨著運用得越來越廣泛越來礎，MEMS 傳感器將迎來發(fā)展的高峰。.2 微懸臂梁傳感器研究進展在 MEMS 傳感器的眾多種類之中，微懸臂梁作為結(jié)構最簡單的產(chǎn)品之一[8]
【學位授予單位】：安徽理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TP212

【參考文獻】

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2 劉璐;李艷寧;吳森;胡曉東;;基于顯微光杠桿技術的微結(jié)構偏轉(zhuǎn)角測量系統(tǒng)[J];光學技術;2014年03期

3 劉志偉;童朝陽;穆f^惠;劉冰;郝蘭群;張金平;;一種壓阻式微懸臂梁免疫傳感器及其動力學分析[J];傳感器與微系統(tǒng);2014年03期

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本文編號：2680523