微悬臂梁传感器的光致振动特性及其应用研究
发布时间：2022-02-21 04:36
微机电系统（Microelectromechanical systems,MEMS）是指由微型传感器、微型机械结构和高性能电子集成器件等于一体的微型器件或系统,在高新技术领域取得了广泛应用。微悬臂梁作为MEMS器件中常用的微传感器,其所具有的成本低、质量轻、功耗低、体积小、灵敏度高、响应速度快以及可批量生成的优点,使其在物理量探测、化学量探测、生物分子检测及环境监测等诸多领域都具有广泛的应用。微悬臂梁作为传感器应用时,其检测方式主要为静态检测方式和动态检测方式。动态检测模式因具有更高的稳定性和灵敏度而取得了广泛应用。动态检测模式应用的前提条件是对微悬臂梁进行有效地共振激励。基于以上背景,本论文对微悬臂梁的新型激励方法、光热激励效率的提高、光对微悬臂梁共振特性的调控、高阶共振激励及相关应用出口等方面做了深入的研究。本论文的正文部分共有六章,分别是第一章绪论;第二章基于光声效应激励微悬臂梁振动;第三章利用局域等离激元结构提高光热激励效率;第四章利用双光束系统调节微悬臂梁的共振特性及其应用;第五章基于低频调制光的高阶傅里叶谐波激发微悬臂梁的高阶共振;第六章结论与展望。主要研究内容和结论包括:...
【文章来源】：山东大学山东省211工程院校985工程院校教育部直属院校
【文章页数】：140 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 微悬臂梁概述
1.1.1 微悬臂梁结构
1.1.2 微悬臂梁振动模型
1.1.3 微悬臂梁的工作模式
1.2 微悬臂梁的品质因子
1.2.1 空气阻尼损耗
1.2.2 热弹性损耗
1.2.3 支撑损耗
1.2.4 表面能量损耗
1.3 基于微悬臂梁激励方法的研究现状
1.3.1 压电效应激励
1.3.2 电场力激励
1.3.3 挠曲电激发
1.3.4 肖特基势垒激励
1.3.5 磁场激励
1.3.6 声波激励
1.3.7 光热激励
1.4 微悬臂梁的发展现状及未来发展方向
1.4.1 悬臂梁的发展现状
1.4.2 微悬臂梁传感器的发展现状
1.4.3 微悬臂梁的发展方向
1.5 研究目的与拟解决的问题
参考文献
第二章 基于光声效应激励微悬臂梁振动特性的研究
2.1 引言
2.2 实验方案的设计及其可行性分析
2.2.1 光声效应理论
2.2.2 基于光声效应激励微悬臂梁振动的实验方案设计
2.2.3 实验方案的可行性分析
2.3 光声激励和光热激励对微悬臂梁共振特性的影响
2.3.1 光声激励和光热激励对微悬臂梁共振频率的影响
2.3.2 光声激励和光热激励对微悬臂梁品质因子的影响
2.4 光声激励微悬臂梁振动振幅的光功率依赖
2.5 光声效应声源和梁距离对微悬臂梁振幅的影响
2.6 本章小结
参考文献
第三章 利用局域等离激元结构提高光热激励效率
3.1 引言
3.2 金属局域表面等离激元结构及光热性质
3.2.1 单个纳米颗粒的光热效应
3.2.2 纳米颗粒群的光热效应
3.3 悬臂梁表面局域等离激元结构的制备和光学性质
3.3.1 溅射退火法制备金局域等离激元
3.3.2 金局域等离激元结构的光学性质
3.4 局域等离激元结构微悬臂梁的光热激发
3.4.1 实验设置
3.4.2 光热激发效率的波长依赖性
3.5 纳米颗粒尺寸和占空比对激励效率提高的影响
3.6 微悬臂梁长度对激励效率提高的影响
3.7 功率依赖及应用
3.8 本章小结
参考文献
第四章 利用双光束系统调节微悬臂梁的共振特性及应用
4.1 引言
4.2 实验设计方案
4.3 不同激光功率下的梁频率响应
4.4 光热效应调制共振频率及应用
4.4.1 共振频率的温度依赖性
4.4.2 应用
4.5 光热效应调制共振振幅及应用
4.5.1 共振振幅的温度依赖性
4.5.2 应用
4.6 本章小结
参考文献
第五章 基于低频调制光中的高阶傅里叶谐波激励微悬臂梁的高阶共振
5.1 引言
5.2 实验方案
5.3 光热激励效率的位置依赖性
5.4 激发机制
5.5 实验结果及讨论
5.6 本章小结
参考文献
第六章 结论与展望
6.1 主要结论
6.2 论文创新点
6.3 需要进一步研究的问题
附录
1. 基于微悬臂梁的PM 2.5传感器研究
2. 检测人体心率的可穿戴设备研究
致谢
攻读博士期间已发表的论文及专利
附件
学位论文评阅及答辩情况表
本文编号：3636512
【文章来源】：山东大学山东省211工程院校985工程院校教育部直属院校
【文章页数】：140 页
【学位级别】：博士
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摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 微悬臂梁概述
1.1.1 微悬臂梁结构
1.1.2 微悬臂梁振动模型
1.1.3 微悬臂梁的工作模式
1.2 微悬臂梁的品质因子
1.2.1 空气阻尼损耗
1.2.2 热弹性损耗
1.2.3 支撑损耗
1.2.4 表面能量损耗
1.3 基于微悬臂梁激励方法的研究现状
1.3.1 压电效应激励
1.3.2 电场力激励
1.3.3 挠曲电激发
1.3.4 肖特基势垒激励
1.3.5 磁场激励
1.3.6 声波激励
1.3.7 光热激励
1.4 微悬臂梁的发展现状及未来发展方向
1.4.1 悬臂梁的发展现状
1.4.2 微悬臂梁传感器的发展现状
1.4.3 微悬臂梁的发展方向
1.5 研究目的与拟解决的问题
参考文献
第二章 基于光声效应激励微悬臂梁振动特性的研究
2.1 引言
2.2 实验方案的设计及其可行性分析
2.2.1 光声效应理论
2.2.2 基于光声效应激励微悬臂梁振动的实验方案设计
2.2.3 实验方案的可行性分析
2.3 光声激励和光热激励对微悬臂梁共振特性的影响
2.3.1 光声激励和光热激励对微悬臂梁共振频率的影响
2.3.2 光声激励和光热激励对微悬臂梁品质因子的影响
2.4 光声激励微悬臂梁振动振幅的光功率依赖
2.5 光声效应声源和梁距离对微悬臂梁振幅的影响
2.6 本章小结
参考文献
第三章 利用局域等离激元结构提高光热激励效率
3.1 引言
3.2 金属局域表面等离激元结构及光热性质
3.2.1 单个纳米颗粒的光热效应
3.2.2 纳米颗粒群的光热效应
3.3 悬臂梁表面局域等离激元结构的制备和光学性质
3.3.1 溅射退火法制备金局域等离激元
3.3.2 金局域等离激元结构的光学性质
3.4 局域等离激元结构微悬臂梁的光热激发
3.4.1 实验设置
3.4.2 光热激发效率的波长依赖性
3.5 纳米颗粒尺寸和占空比对激励效率提高的影响
3.6 微悬臂梁长度对激励效率提高的影响
3.7 功率依赖及应用
3.8 本章小结
参考文献
第四章 利用双光束系统调节微悬臂梁的共振特性及应用
4.1 引言
4.2 实验设计方案
4.3 不同激光功率下的梁频率响应
4.4 光热效应调制共振频率及应用
4.4.1 共振频率的温度依赖性
4.4.2 应用
4.5 光热效应调制共振振幅及应用
4.5.1 共振振幅的温度依赖性
4.5.2 应用
4.6 本章小结
参考文献
第五章 基于低频调制光中的高阶傅里叶谐波激励微悬臂梁的高阶共振
5.1 引言
5.2 实验方案
5.3 光热激励效率的位置依赖性
5.4 激发机制
5.5 实验结果及讨论
5.6 本章小结
参考文献
第六章 结论与展望
6.1 主要结论
6.2 论文创新点
6.3 需要进一步研究的问题
附录
1. 基于微悬臂梁的PM 2.5传感器研究
2. 检测人体心率的可穿戴设备研究
致谢
攻读博士期间已发表的论文及专利
附件
学位论文评阅及答辩情况表
本文编号：3636512
本文链接：https://www.wllwen.com/jixiegongchenglunwen/3636512.html
