动态微悬臂梁阵列传感器的设计与研究

发布时间：2025-03-30 07:05

　　动态微悬臂梁传感器作为一种高性能的传感器,已经得到了广泛的研究和应用。本文的主要目的是设计并搭建动态微悬臂梁阵列传感器,并利用其对微小质量和氮气流速进行检测。微悬臂梁阵列由外部独立的压电驱动器进行驱动并使其达到共振,该种驱动方式不需要特制的微悬臂梁,且外部压电驱动器的驱动能力和尺寸可根据需要进行选择。本文采用光学方法对微悬臂梁传感信号进行检测,仅使用一个激光器实现对微悬臂梁阵列的扫描,该种方式能够克服多个激光器对微悬臂梁阵列照射时,每根梁的自由端激光强度或光斑大小不一致的问题。利用光杠杆原理将微悬臂梁自由端的偏转信号进行放大,并使用位置敏感探测器接收微悬臂梁反射的光信号。位置敏感探测器易受环境光影响,故在传感器外部增加遮光壳体,并在上位机程序中增加滤波程序减少环境光对实验结果的影响。本文在动态模式下,为降低对数据采集模块采样频率的要求,以及降低上位机程序复杂度,仅对与微悬臂梁平行方向的位置敏感探测器坐标轴信号以及驱动信号进行采集,减少数据采集所需通道,进而降低了对数据采集模块采样频率的要求,并方便上位机程序编写及进行数据分析处理。本文对驱动信号进行采集的目的是以驱动信号频率代替微悬臂梁振...

【文章页数】：85 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 引言
    1.2 动态微悬臂梁传感器研究进展
        1.2.1 生物和医学领域
        1.2.2 化学领域
        1.2.3 物理领域
        1.2.4 环境监测领域
    1.3 动态微悬臂梁阵列传感器
    1.4 研究内容与意义
2 动态微悬臂梁传感器理论
    2.1 动态微悬臂梁运动模式
    2.2 微小质量和氮气流速检测原理
        2.2.1 微小质量检测原理
        2.2.2 氮气流速检测原理
    2.3 微悬臂梁驱动方式
    2.4 微悬臂梁传感信号检测方式
    2.5 本章小结
3 动态微悬臂梁阵列传感器设计
    3.1 硬件系统
        3.1.1 微悬臂梁驱动模块
        3.1.2 位置敏感探测器
        3.1.3 数据采集模块
        3.1.4 微悬臂梁阵列扫描
        3.1.5 温湿度监测模块
        3.1.6 氮气流量调节及监测模块
    3.2 软件系统
        3.2.1 微悬臂梁图像显示
        3.2.2 数据采集控制
        3.2.3 原始数据处理与幅频显示
        3.2.4 数据保存与删除
        3.2.5 程序运行前面板
        3.2.6 温湿度采集与显示
    3.3 微悬臂梁阵列传感器系统
    3.4 本章小结
4 实验
    4.1 系统测试与标定
        4.1.1 频率标定
        4.1.2 幅值标定
        4.1.3 电压与偏转位移转换
        4.1.4 驱动信号幅值
        4.1.5 环境光影响检测
        4.1.6 驱动信号与实际信号频率对比
    4.2 微小质量检测
    4.3 氮气流速检测
        4.3.1 静态模式下的氮气流速检测
        4.3.2 动态模式下的氮气流速检测
    4.4 本章小结
5 总结与展望
    5.1 总结
    5.2 展望
参考文献
致谢
作者简介及读研期间主要科研成果



本文编号：4038380