基于微悬臂梁阵列传感器的光响应检测系统设计

发布时间：2020-05-25 17:56

【摘要】：微悬臂梁是最简单的MEMS构件之一,目前微悬臂梁传感技术已经成为一种应用广泛、响应速度快、检测精度高的新型传感技术,综合了微机电系统(MEMS)、机械学、电学、光学以及力学等交叉学科,在生物工程、环境监测、微力测量和信息工程等领域的应用得到了拓展。本文以微机械技术为基础,参考现今国内外微悬臂梁技术研究现状,探究微悬臂梁传感的信号检测方式,对比多种数据读出方式,最终确定使用光杠杆检测法,用于实时监控微悬臂阵列的传感系统。文中采用循环方式实现对阵列微悬臂梁的扫描检测,对微悬臂梁静态工作模式进行研究。光学检测系统利用八个平面镜固定在八面体转动台上,通过电机的转动带动平面镜的转动。激光器发射的激光束照射到平面镜上,经平面镜反射至微悬臂梁尖端。驱动转动台的转动,使八只平面反射镜随着转动台的转动,逐一地处在激光光束的光路中,并在八只平面反射镜上逐一地形成不同位置上的八束反射光,对应地照射在微悬臂梁阵列中八根微悬臂梁的自由端,实现对微悬臂梁阵列的循环扫描。再通过激光束光斑在光电位置敏感探测器上的位移变化,将电信号转化成为位移信号,利用虚拟仪器编写程序对信号采集处理,完成对微悬臂梁阵列的在线测验。本文首先阐述了现如今国内外微悬臂梁传感技术发展现状,对微悬臂梁发展历史进行介绍,着重叙述了微悬臂梁的工作原理以及数据读出方式。将三种微悬臂梁阵列传感器实现方式进行对比,由于多激光检测增加设备成本,而面光源检测需要加厚微悬臂梁的尺寸,本文为保证光源输出信号稳定,利用改变平面镜的角度实现扫描检测微悬臂梁,避免激光器的移动产生误差,同时降低了成本,故而选择单激光逐点检测法作为本文的实现方式,用于实时监控微悬臂阵列。分析微悬臂梁两种工作模式的优劣,选定对微悬臂梁静态工作模式进行探讨。之后在实验室已经实现单根微悬臂梁检测系统的基础上,对循环扫描微悬臂梁阵列传感检测系统的实验方案加以研究,设计以平面镜反射光源照射微悬臂梁的光路系统,优化整体系统布局并且对系统中电机、夹持装置、转动平台等设备参数进行调整。本文使用LabVIEW图形化编程软件编写程序来完成微悬臂梁阵列传感检测系统中的数据采集和数据处理部分。利用LabVIEW中设置断点、显示数据及其通过程序的结果、单步执行等功能,对程序进行调试。搭建完成整体检测系统后,本文先利用微针头修饰装置对微悬臂梁修饰偶氮苯聚合物,对微悬臂梁传感系统循环扫描来测试系统稳定性,然后利用加热陶瓷片测试温度变化条件下微悬臂梁形变量,最后利用参考梁和修饰梁在紫外光照射下微悬臂梁弯曲情况。实验表明本文设计搭建的基于循环扫描方式的微悬臂梁阵列传感检测系统能够实现高灵敏度检测。图[65]表[1]参[64]
【图文】：

框图,智能传感器,结构原理,框图

图 1 智能传感器结构原理框图Fig. 1 Structural schematic block diagram of intelligent sens术概述不提到一个十分具有战略意义的技术：MEMS 技术，而来，主要采用类似集成电路技术制造的微型器件或到微电子学、机械学、材料学、力学、声学、光学、项未来微技术集中发展的方向，MEMS 技术已经交叉和精密机械加工技术结合的产物。在未来发展的方向，在电子器械、汽车制造以及军事领域等行业都有十术真正发展起来是在 1987 年，，冯龙生等人研制出了着 MEMS 技术走向了一个新的纪元。在此之后，射统、生物微机电系统乃至纳机电系统等概念被不断

微机电系统,组成框图

图 2 微机电系统组成框图Fig. 2 Composition block diagram of micro electromechanical system随着 MEMS 传感器逐渐深入地运用，它为市场带来的创新功能和用户体验巨大的。其最早运用的领域就是军事领域了，从小型惯性测量装置、微全分统，到 RF 传感器、网络传感器、无人值守传感器等项目，MEMS 技术在世国的军事应用中都发挥了巨大的作用。该技术也渐渐融入到社会生活中，我生活变得智能化，佩戴的智能手表，使用的智能手机，开的智能汽车和智能机，以及智能机器人等等，都使我们的生活变得迅捷便利[7]。当下，MEM在智能时代飞速发展，提高着我们的生活质量，随着运用得越来越广泛越来础，MEMS 传感器将迎来发展的高峰。.2 微悬臂梁传感器研究进展在 MEMS 传感器的众多种类之中，微悬臂梁作为结构最简单的产品之一[8]
【学位授予单位】：安徽理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TP212

【参考文献】