壓電微懸臂梁傳感技術(shù)的研究.pdf

1、原子力顯微鏡的發(fā)明和發(fā)展提供了一種高靈敏度的傳感器件-微懸臂梁。微懸臂梁有兩種工作模式，即彎曲模式和共振模式。彎曲模式測量微懸臂梁在外力作用下的靜態(tài)形變，共振模式測量微懸臂梁共振頻率的變化。理論上，微懸臂梁的共振頻率與其有效質(zhì)量的1/2次冪成倒數(shù)關(guān)系，當(dāng)被測物質(zhì)吸附于微懸臂梁上后，微懸臂梁的共振頻率減小，通過檢測微懸臂梁共振頻率的變化可以進(jìn)行被測物質(zhì)的定量分析。利用這個原理可以構(gòu)建以微懸臂梁為傳感元件的傳感器，在汽車、航空航天、生物、化

2、學(xué)、環(huán)保、軍事等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用前景。 該課題從微懸臂梁共振頻率傳感原理出發(fā)，提出了一種新型的壓電微懸臂梁傳感技術(shù)。微懸臂梁表面利用微加工技術(shù)制備的壓電薄膜不僅可以作為激勵元件，同時也可以作為傳感元件。該文結(jié)合所設(shè)計的激勵電路以及兩種微懸臂梁共振頻率檢測電路，對壓電微懸臂梁進(jìn)行了檢測實驗。實驗結(jié)果表明，差模放大電路能夠基本檢測出空氣中壓電微懸臂梁的共振頻率，而另一種電路與前一種相比需要優(yōu)化。 該文的主要研究內(nèi)容：

3、 1.通過對微懸臂梁高頻機(jī)械振動的理論分析，推倒出微懸臂梁共振頻率與被測質(zhì)量變化之間的關(guān)系，奠定了微懸臂梁傳感元件的共振法信號檢測基礎(chǔ)； 2.研究微懸臂梁振動時壓電薄膜產(chǎn)生的壓電電流變化規(guī)律，為共振頻率檢測電路的設(shè)計提供了理論依據(jù)，并在此基礎(chǔ)上設(shè)計并調(diào)試了壓電微懸臂梁共振頻率檢測電路； 3.設(shè)計并調(diào)試了壓電微懸臂梁掃頻激勵的模擬電路，可使微懸臂梁從0～80kHz實現(xiàn)掃頻，為數(shù)字化掃頻激勵電路提供了技術(shù)基礎(chǔ)； 4.