微懸臂梁品質(zhì)因數(shù)調(diào)控模塊研究.pdf_第1頁
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1、隨著MEMS微加工技術(shù)的發(fā)展,微懸臂梁作為一種高靈敏度的納米傳感元件廣泛應(yīng)用于物理化學(xué)生物等傳感領(lǐng)域,如溫度、濕度檢測(cè),生化分子識(shí)別,DNA分子成像等。微懸臂梁有兩種工作模式:靜態(tài)彎曲模式和動(dòng)態(tài)共振模式,可用于傳感器中作為換能元件,將微觀物理、化學(xué)變化轉(zhuǎn)換成容易檢測(cè)的電學(xué)或機(jī)械量。 品質(zhì)因數(shù)是反映微懸臂梁動(dòng)態(tài)振動(dòng)的一個(gè)重要參數(shù),它受環(huán)境阻尼影響,隨著阻尼增大,微懸臂梁的品質(zhì)因數(shù)大幅度降低,它直接影響動(dòng)態(tài)工作模式下微懸臂梁傳感器的

2、檢測(cè)精度和原子力顯微鏡輕敲模式下的成像質(zhì)量。 本課題從微懸臂梁的振動(dòng)模型出發(fā),對(duì)微懸臂梁阻尼條件下的受迫振動(dòng)進(jìn)行分析,推導(dǎo)了微懸臂梁在阻尼條件下的受迫振動(dòng)方程。根據(jù)環(huán)境阻尼和液體粘性對(duì)微懸臂梁品質(zhì)因數(shù)的影響,給出了品質(zhì)因數(shù)調(diào)控的原理,并以此為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)了品質(zhì)因數(shù)調(diào)控模塊,可在原子力顯微鏡成像時(shí)進(jìn)行品質(zhì)因數(shù)調(diào)控以改善成像質(zhì)量,也可在生化傳感技術(shù)中提高品質(zhì)因數(shù)以提高檢測(cè)精度。 本文的主要研究?jī)?nèi)容包括: 1.根據(jù)機(jī)械振動(dòng)

3、的理論,建立了微懸臂梁無阻尼振動(dòng)和阻尼受迫振動(dòng)的方程,通過分析環(huán)境阻尼對(duì)微懸臂梁品質(zhì)因數(shù)的影響,推導(dǎo)了品質(zhì)因數(shù)調(diào)控的基本方法以及提高和降低品質(zhì)因數(shù)的方法。 2.在分析品質(zhì)因數(shù)調(diào)控方法的基礎(chǔ)上,設(shè)計(jì)了品質(zhì)因數(shù)調(diào)控模塊,搭建硬件模塊并編制了相應(yīng)的控制軟件。 3.以品質(zhì)因數(shù)調(diào)控模塊驅(qū)動(dòng)微懸臂梁進(jìn)行掃頻實(shí)驗(yàn),測(cè)量不同品質(zhì)因數(shù)下微懸臂梁振動(dòng)的幅頻特性曲線和相頻特性曲線,分析了品質(zhì)因數(shù)對(duì)頻譜曲線的影響。 4.將品質(zhì)因數(shù)調(diào)控模

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