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《天津大学》 2005年
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压电微悬臂梁传感技术的研究

唐洁  
【摘要】:原子力显微镜的发明和发展为我们提供了一种高灵敏度的传感器件-微悬臂梁。微悬臂梁有两种工作模式,即弯曲模式和共振模式。弯曲模式测量微悬臂梁在外力作用下的静态形变,共振模式测量微悬臂梁共振频率的变化。理论上,微悬臂梁的共振频率与其有效质量的1/2次幂成倒数关系,当被测物质吸附于微悬臂梁上后,微悬臂梁的共振频率减小,通过检测微悬臂梁共振频率的变化可以进行被测物质的定量分析。利用这个原理可以构建以微悬臂梁为传感元件的传感器,在汽车、航空航天、生物、化学、环保、军事等领域有广泛的应用前景。 本课题从微悬臂梁共振频率传感原理出发,提出了一种新型的压电微悬臂梁传感技术。微悬臂梁表面利用微加工技术制备的压电薄膜不仅可以作为激励元件,同时也可以作为传感元件。本文结合所设计的激励电路以及两种微悬臂梁共振频率检测电路,对压电微悬臂梁进行了检测实验。实验结果表明,差模放大电路能够基本检测出空气中压电微悬臂梁的共振频率,而另一种电路与前一种相比需要优化。 本文的主要研究内容包括: 1.通过对微悬臂梁高频机械振动的理论分析,推倒出微悬臂梁共振频率与被测质量变化之间的关系,奠定了微悬臂梁传感元件的共振法信号检测基础; 2.研究微悬臂梁振动时压电薄膜产生的压电电流变化规律,为共振频率检测电路的设计提供了理论依据,并在此基础上设计并调试了压电微悬臂梁共振频率检测电路; 3.设计并调试了压电微悬臂梁扫频激励的模拟电路,可使微悬臂梁从0~80kHz实现扫频,为数字化扫频激励电路提供了技术基础; 4.设计并加工了压电微悬臂梁支架,为构建微悬臂梁生物传感器的测头提供了初步模型。同时,该支架可用到DI的多功能SPM中,补充目前SPM支架的不足。另外,该支架还可以应用到MEMS动态检测系统中,用于微悬臂梁的激振和检测; 5.设计并调试了压电微悬臂梁共振频率检测系统软件,结合设计的电路对压电微悬臂梁进行检测实验,并对实验结果做了分析和讨论。
【学位授予单位】:天津大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2005
【分类号】:TH703

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【引证文献】
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9 毛海彪;基于PVDF压电薄膜胎内传感器的有限元纵滑仿真及压电解算[D];吉林大学;2012年
【参考文献】
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【同被引文献】
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【二级引证文献】
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3 李晓轲;高温环境下MEMS微构件动态特性测试技术研究[D];大连理工大学;2009年
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【二级参考文献】
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中国重要会议论文全文数据库 前1条
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【相似文献】
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3 田章福;张利杰;曾新吾;;谐振式声波发生器实验研究[A];中国声学学会2009年青年学术会议[CYCA’09]论文集[C];2009年
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5 钟心懋;朱义信;裘鉴卿;;PFT NMR仪调试中的奇怪现象——谐波的作用[A];第六届全国波谱学学术会议论文摘要集[C];1990年
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