[發明專利]一種利用發光二極管陣列實現微懸臂梁高階共振激發的方法及應用

有效

• 申請號: 201510014828.7
• 申請日: 2015-01-12
• 公開（公告）號: CN104535172B
• 公開（公告）日: 2018-02-13
• 發明（設計）人: 劉鐸;高乃坤;林貫軍;張茜;林曉煜;趙東方;賈冉
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: G01H9/00
• 分類號: G01H9/00;G01N29/02
• 代理公司: 濟南金迪知識產權代理有限公司37219
• 代理人: 呂利敏

1.一種利用發光二極管陣列實現微懸臂梁高階共振激發的方法，其特征在于，發光二極管陣列對微懸臂梁進行頻率照射，所述微懸臂梁產生頻率振動信號，信號發生裝置進行頻率掃描時，即得到微懸臂梁的振動頻域響應，得到所述微懸臂梁共振頻率f和品質因子；

由上述信號發生裝置輸出的交流電信號激勵發光二極管發光并控制其發光頻率，所述發光頻率與交流電信號的頻率同步；

由信號發生裝置輸出的頻率為f/N，相位差為2π/N的交流信號分別控制N個發光二極管，其發光頻率為f/N,發光強度由信號發生裝置輸出交流信號的峰峰值決定，則發光二極管陣列在時域上表現出一個頻率為f的脈沖信號，通過輻射微懸臂梁實現其頻率為f的高階振動，即實現N倍頻。

2.根據權利要求1所述的一種利用發光二極管陣列實現微懸臂梁高階共振激發的方法，其特征在于，該方法包括具體步驟如下：

（1）利用信號發生裝置輸出的掃頻信號驅動發光二極管激發微懸臂梁振動的頻域響應，得到其共振頻率f及品質因子，并探測其振動信號；

（2）利用信號發生裝置產生兩個相位差為π或N個相位差為2π/N的同頻f/N方波信號驅動發光二極管陣列，其中各個發光二極管發光波長獨立，激勵微懸臂梁振動，并利用測振技術得到微懸臂梁頻率為f的振動，即利用發光二極管陣列驅動微懸臂梁高階振動。

3.根據權利要求2所述的一種利用發光二極管陣列實現微懸臂梁高階共振激發的方法，其特征在于，所述步驟（1）中利用信號發生裝置輸出的掃頻信號驅動發光二極管激發微懸臂梁振動的頻域響應，包括步驟如下：

1）利用信號發生裝置輸出的正弦振蕩信號驅動發光二極管閃爍，其閃爍頻率與信號發生裝置輸出電信號頻率相同；

2）發光二極管發光脈沖與微懸臂梁相互作用，由光熱效應和受激輻射向晶格傳熱導致激勵微懸臂梁振動；

3）利用檢測設備采集微懸臂梁的振動位移和速度信號作為振動信號；

4）采集的振動信號通過鎖相放大器，經放大和帶通濾波后與參考信號共同輸入混頻器得到的結果再通過低通濾波器濾波后得到其振動信號的頻域響應，其中，參考信號鎖定為信號發生裝置輸出交流信號。

4.根據權利要求3所述的一種利用發光二極管陣列實現微懸臂梁高階共振激發的方法，其特征在于，所述步驟2）中，所述微懸臂梁長350微米，寬35微米，厚1微米。

5.根據權利要求3所述的一種利用發光二極管陣列實現微懸臂梁高階共振激發的方法，其特征在于，所述步驟3）中，所述檢測設備為激光測振儀或光杠桿。

6.根據權利要求2所述的一種利用發光二極管陣列實現微懸臂梁高階共振激發的方法，其特征在于，所述步驟（2）中利用發光二極管陣列驅動微懸臂梁高階振動的方法，包括步驟-：

由函數發生器產生兩個相位差為π或N個相位差為2π/N的同頻f/N方波信號分別驅動2個或N個發光二極管進行同頻率閃爍；

②調制發光二極管產生的脈沖光直接輻射或通過光學器件聚焦到微懸臂梁上，使其由于光熱效應和受激輻射產生振動；

探測微懸臂梁振動信號:

由 He-Ne激光器發出的功率為3 mW的632nm光入射到微懸臂梁表面并產生反射光射入到光電探測器光敏面；當微懸臂梁開始振動，其反射光將此變化量轉變為激光光斑在光電探測器光敏面的偏移量,并將所述變化量放大；經過光電探測器的光電轉換,位移信息轉變為電信號,再經前置放大電路、濾波電路的處理,由數據采集卡采集,經過PC機處理,最后得到微懸臂梁在某一頻率振動下的時域信號，即微懸臂梁振動信號。

7.如權利要求1-4任意一項所述一種利用發光二極管陣列實現微懸臂梁高階共振激發的方法的應用，其特征在于，所述激發方法對氣體或液體進行探測，用以確定氣體或液體的組份：當采用不同波段發光二極管陣列激發處于所測氣體或液體環境中的微懸臂梁共振時，由共振振幅或品質因子的改變獲得所處氣體或液體對不同波段光的吸收，從而確定氣體或液體組份及含量。