[發明專利]光動量激勵納米梁納微顆粒質量測量裝置與方法

有效

• 申請號: 201610971404.4
• 申請日: 2016-10-28
• 公開（公告）號: CN106525669B
• 公開（公告）日: 2018-10-26
• 發明（設計）人: 劉燦昌;劉文曉;周長城;馬馳騁;單越;程相孟;姜瑞瑞
• 申請（專利權）人: 山東理工大學
• 主分類號: G01N15/00
• 分類號: G01N15/00;G01N15/10
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明提供一種光動量激勵納米梁質量測量裝置，包括類正弦光動量激勵發生裝置和微質量檢測裝置，上激光器和下激光器的單色光分別照射上圓盤和下圓盤通光孔，驅動電動機帶動軸旋轉，可以產生類似正弦分布光動量激勵，激勵納米梁振動，納米梁在交變光動量激勵作用下產生受迫振動，粘貼于納米梁根部的電阻層電阻阻值發生變化，利用惠斯通電橋電路可以將該信號輸出，經信號放大器放大后，可以進行頻譜分析，得到振動時域和頻域振動信息圖像，得到振動幅值和振動頻率等振動參數。改變光動量激勵發生裝置驅動電機轉速，光動量激勵頻率隨著發生變化，納米梁共振時，輸出電流信號值最大，測量電壓變化峰值可以檢測納米梁的共振振動頻率，通過計算得到納米梁末端粘附的附加質量的大小，達到測量納微顆粒質量的目的。

技術領域

本發明專利是一種納微質量檢測裝置，特別是一種用于納微質量測量裝置，屬于納微質量檢測領域。

背景技術

對于機械諧振器，納微懸臂梁是用于探測弱力信號的重要裝置。為了實現更高的力學靈敏度，需要采用尺寸更小的微振子，然而如何驅動和探測微小諧振子的振動，成為制約測量納微顆粒質量精度提高的難題之一。基于量子力學的基本原理，在驅動和測量過程中，驅動和測量設備會對被測對象造成擾動和破壞，引入多余的噪聲，降低測量的精確度。在納微諧振器的振動信號提取方面，通常采用檢測位移信號的方法，將位移信號轉化為光、電、磁等信號，通過測量這些信號，實現高靈敏度的位移測量，然而這些手段對被測機械振子的尺寸和幾何形狀有著苛刻的要求，難以應用到納米、亞納米尺度機械振子的測量，潛在制約了高精度質量的測量工作。光動量驅動是一種無接觸驅動方法，作為納微諧振器的驅動激勵源，減少驅動對被測對象的影響，可以激勵尺寸更小的微振子，提高納微質量測量的精確度和測量的分辨率。

本發明可以廣泛應用于細菌、病毒檢測，大氣污染物檢測等領域納微粒子檢測工作，甚至可以用于單分子或者原子質量檢測。

發明內容

本發明針對納微顆粒質量難以測量的現狀，提出一種納微顆粒質量測量裝置與方法。

本發明解決其技術問題所采用的方案是：所述的光動量激勵納米梁質量測量裝置，包括類正弦光動量激勵發生裝置和微質量檢測裝置，其特征在于：

所述光動量激勵發生裝置由上至下依次為固定端，上軸承，軸，上圓盤，下圓盤，下軸承和驅動電動機，上激光器位于上圓盤上方、下激光器位于下圓盤下方，上圓盤和下圓盤固定在軸中間位置，軸的上端和下端分別安裝一個軸承，軸下端鉸接一個驅動電動機，驅動電動機帶動軸旋轉；上圓盤和下圓盤半徑均為12mm，上圓盤和下圓盤盤面沿著距離軸心等距離開等面積正方形的通光孔，正方形的通光孔邊長為 5μm，邊長遠大于光的波長，以半徑為10mm的圓周線為中心線布置，相鄰兩通光孔間距離相等，相鄰兩個通光孔間距離為通光孔寬度的四倍，上圓盤和下圓盤相鄰兩通光孔間距離為通光孔寬度的兩倍。上激光器和下激光器固定在底座上，當上激光器和下激光器的單色光分別照射通光孔，驅動電動機帶動軸旋轉，可以產生類似正弦分布光動量激勵，激勵納米梁振動。

所述微質量檢測裝置由納米梁、電阻層電阻、惠斯通電橋和需要測量的納微顆粒組成，其特征在于：

所述納米梁一端固定，另一端自由，納米梁用硅單晶材料制作，長度、寬度和高度分別為40μm、 5μm和0.8μm，納米梁寬度小于正方形通光孔的邊長，被測量納微顆粒安放在納米梁末端，正弦光激勵作用于納米梁離末端四分之一處附近。

所述納米梁上層靠近固定端部分通過氬離子濺射，形成一薄層電阻層電阻，氬離子濺射深度10- 50nm，該電阻層電阻值隨著納米梁的變形而發生變化，電阻層長度變長時，電阻變大，相反則變小，電阻層電阻初始電阻15kΩ，惠斯通電橋其它電阻均為15kΩ。