[發明專利]基于多角度平面透射鏡的微懸臂梁陣列傳感器的微懸臂梁偏轉掃描系統及掃描方法

有效

• 申請號: 201410075544.4
• 申請日: 2014-03-03
• 公開（公告）號: CN103837472A
• 公開（公告）日: 2014-06-04
• 發明（設計）人: 薛長國;程韋;滕艷華;夏玲燕;陳兆權;胡業林
• 申請（專利權）人: 安徽理工大學
• 主分類號: G01N21/00
• 分類號: G01N21/00;G01Q10/00
• 代理公司: 安徽省合肥新安專利代理有限責任公司 34101
• 代理人: 何梅生;王偉

技術領域

本發明屬于微梁檢測領域，特別是涉及基于多角度平面透射鏡的微懸臂梁陣列傳感器的微懸臂梁偏轉掃描系統及掃描方法。

背景技術

測量、控制和自動化等現代科學技術的飛速發展極大地促進了信息技術的進步，人類社會已進入了信息時代。傳感器技術作為信息技術的三大支柱之一是信息獲取的主要手段，在現代科學技術的發展中起著越來越重要的作用。生化傳感器是現代傳感技術中的重要組成部分。在科學研究、食品安全、醫療衛生、環境監控、工農業生產等方面得到廣泛應用。生化傳感器是一種高特異性的、強有力的和廉價的分析工具，它可以在復雜的背景噪音條件下檢測出靶標分子。生化傳感器種類繁多，性質和形態各異。近年來，隨著微機電系統（MEMS）技術的出現和發展，為生化傳感器提供一些新的選擇和思路。微懸臂梁作為一個最簡單的MEMS器件近來受到廣泛關注。

微懸臂梁傳感技術是在原子力顯微鏡和微系統出現后迅速發展起來的一種新的傳感方法。微懸臂梁傳感器作為最簡單的微機械元件，一直是微納傳感技術研究的熱點。微懸臂梁傳感器可以對具有特異性的生化反應參數進行實時測量，當微懸臂梁表面上發生生化反應時，微懸臂梁的上下表面會產生應力差改變并使微懸臂梁產生彎曲變形。通過激光照射微懸臂梁自由端，利用光桿桿法對每根微懸臂梁的端部位移進行放大后經過光電位置敏感探測器對信號進行探測，進而對微懸臂梁表面發生的生化反應進行研究。微懸臂梁傳感器作為一種可以實時、高靈敏度、選擇性好和非標定的新型傳感方法應用在爆炸氣體、氣體壓力、溶液中的重金屬離子、抗生素、基因檢測、蛋白質構象轉變、抗原抗體綁定反應和酶的催化過程等方向的檢測。

目前大量使用的單根微懸臂梁生化傳感器由于每次只能用一根微懸臂梁進行實驗，浪費了大量時間；并且由于生化反應中需要多組試樣對照，這就迫切的需要實現兩根梁以上的多根微懸臂梁檢測的研究。

在論文（Cantilever?array?sensors.Materials?Today,2005.8(4):p.30-36.）中，學者利用垂直共振腔面射型激光器提供8陣列光源對微懸臂梁陣列中的8根微懸臂梁進行時序照射。這種檢測方法存在的問題是垂直共振腔面射型激光器光束間的間距是固定的，故其只能針對一定間距規格的微懸臂梁陣列進行檢測，并且各個激光束相對獨立不能保證激光束的一致性。

在先前用于一種陣列微懸臂梁單元偏角測量系統（公開號：101261139）中，采用了復雜光路建立傅立葉變換系統實現對微懸臂梁偏角進行檢測，該系統光路復雜不易搭建。

在用于對微機械及納米機械結構進行檢測的系統及方法（公開號CN101278357A）中，采用音圈電機帶動激光器實現對微懸臂梁陣列上的每根微懸臂梁進行掃描，音圈電機的機械振動會導致激光器發出的激光束產生誤差。

在論文（Javier,T.,et?al.,Imaging?the?surface?stress?and?vibration?modes?of?a?microcantilever?by?laser?beam?deflection?microscopy.Nanotechnology,2012.23(31):p.315501.）中，學者則采用讓安放微懸臂梁的溶劑池進行二維擺動，實現對微懸臂梁陣列中的每根微懸臂梁進行掃描。而溶劑池運動會使得反應溶液中粒子產生不必要的運動，使檢測數據產生誤差。

發明內容

本發明為了避免現有技術存在的不足之處，提供一種基于多角度平面透射鏡的微懸臂梁陣列傳感器的微懸臂梁偏轉掃描系統及掃描方法，該掃描系統在不移動激光器和溶劑池的前提下，可以實現對所有微懸臂梁自由端的掃描，為微懸臂梁偏轉情況檢測提供統一光束的掃描信號。

本發明解決技術問題采用如下技術方案：

一種基于多角度平面透射鏡的微懸臂梁陣列傳感器的微懸臂梁偏轉掃描系統，其結構特點在于包括：

一用于垂直向下發射激光束的激光器；

一固設在水平位移平臺側前方的呈直線排列的平面透射鏡組，所述平面透射鏡組由第1平面透射鏡、第2平面透射鏡…和第N平面透射鏡組成，所述N與待測傳感器微懸臂梁陣列上的微懸臂梁數量M相等，所述平面透射鏡與微懸臂梁一一對應；

當M為偶數時，所述平面透射鏡組第平面透射鏡呈水平設置；自第平面透射鏡向左呈角度遞增的傾斜設置；自第平面透射鏡向右亦呈角度遞增的傾斜設置，且與左側的平面透射鏡傾斜方向相反；各平面透射鏡之間設置遮光板；

所述平面透射鏡與水平面形成的銳夾角α（N)滿足如下方程組：