[發(fā)明專利]基于隧道效應(yīng)的納米梁振動(dòng)控制裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810180909.8
• 申請(qǐng)日: 2018-03-05
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN108414176B
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-01-31
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉燦昌;萬(wàn)磊;姜瑞瑞;劉文曉;李磊;秦志昌;孔維旭
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 山東理工大學(xué)
• 主分類號(hào): G01M7/02
• 分類號(hào): G01M7/02
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

1.一種基于隧道效應(yīng)的納米梁振動(dòng)控制裝置，包括納米梁靜電激勵(lì)振動(dòng)裝置、振動(dòng)信號(hào)檢測(cè)裝置和納米梁振動(dòng)控制裝置三部分，其特征在于：所述納米梁(3)靜電激勵(lì)振動(dòng)裝置由交流信號(hào)源(1)、納米梁(3)、靜電驅(qū)動(dòng)極板(4)、開(kāi)關(guān)(2)和導(dǎo)線組成；所述納米梁(3)左端固定，右端自由，長(zhǎng)度、寬度和高度分別為1.1μm、120nm和75nm，納米梁(3)用碳化硅材料制作，在表面鍍一層金金屬層(15)，厚度為5nm，納米梁(3)最右端正下方為固定的靜電驅(qū)動(dòng)極板(4)，長(zhǎng)度約為納米梁的四分之一，靜電驅(qū)動(dòng)極板(4)與底板(5)固結(jié)，與納米梁(3)之間的距離為1μm；所述交流信號(hào)源(1)一端通過(guò)一根導(dǎo)線連接納米梁(3)右端的金金屬層(15)，另一端由另一根導(dǎo)線連接開(kāi)關(guān)(2)上端，開(kāi)關(guān)(2)下端通過(guò)導(dǎo)線連接靜電驅(qū)動(dòng)極板(4)；開(kāi)關(guān)(2)閉合時(shí)，納米梁(3)和靜電驅(qū)動(dòng)極板(4)間會(huì)產(chǎn)生一個(gè)交流電壓信號(hào)，激勵(lì)納米梁(3)產(chǎn)生振動(dòng)；所述振動(dòng)信號(hào)檢測(cè)裝置由固結(jié)于納米梁(3)固定端附近下方的探測(cè)尖(14)、導(dǎo)電塊(13)、電源(12)、信號(hào)取樣電阻(11)、信號(hào)檢測(cè)器(10)和導(dǎo)線組成，所述探測(cè)尖(14)位于納米梁(3)左端下方，與納米梁的固定端距離為200nm，導(dǎo)電塊(13)位于探測(cè)尖(14)正下方，固結(jié)于底板(5)，探測(cè)尖(14)指向?qū)щ妷K(13)中央位置，探測(cè)尖(14)與導(dǎo)電塊(13)間的距離為1nm；所述電源(12)一端通過(guò)納米梁(3)上的金金屬層(15)與探測(cè)尖(14)相連接，另一端與信號(hào)取樣電阻(11)連接，信號(hào)取樣電阻(11)通過(guò)導(dǎo)線與導(dǎo)電塊(13)連接，信號(hào)檢測(cè)器(10)通過(guò)導(dǎo)線與信號(hào)取樣電阻(11)并聯(lián)；所述納米梁(3)振動(dòng)控制裝置由信號(hào)檢測(cè)器(10)、左極板控制器(9)、右極板控制器(7)、左靜電驅(qū)動(dòng)極板(8)、右靜電驅(qū)動(dòng)極板(6)和導(dǎo)線組成，所述信號(hào)檢測(cè)器(10)的下端通過(guò)導(dǎo)線分別連接左極板控制器(9)和右極板控制器(7)的下端，左極板控制器(9)的上端通過(guò)導(dǎo)線連接左靜電驅(qū)動(dòng)極板(8)，右極板控制器(7)的上端通過(guò)導(dǎo)線連接右靜電驅(qū)動(dòng)極板(6)，所述左靜電驅(qū)動(dòng)極板(8)和右靜電驅(qū)動(dòng)極板(6)固結(jié)在底板(5)上；納米梁(3)在交流電壓信號(hào)激勵(lì)作用下產(chǎn)生受迫振動(dòng)；當(dāng)納米梁(3)振動(dòng)時(shí)，探測(cè)尖(14)隨著納米梁(3)上下振動(dòng)，與導(dǎo)電塊(13)間的距離產(chǎn)生周期性變化，產(chǎn)生與振動(dòng)信號(hào)同步的周期性變化隧道電流，隧道電流流經(jīng)信號(hào)取樣電阻(11)，產(chǎn)生周期性變化的電壓，通過(guò)信號(hào)檢測(cè)電路采集該電壓信號(hào)，能夠檢測(cè)納米梁(3)的振動(dòng)頻率；信號(hào)檢測(cè)器(10)將此振動(dòng)信號(hào)傳遞給左極板控制器(9)和右極板控制器(7)，然后分別控制左靜電驅(qū)動(dòng)極板(8)和右靜電驅(qū)動(dòng)極板(6)，來(lái)控制納米梁(3)的振動(dòng)；保證系統(tǒng)振動(dòng)為線性的臨界控制電壓為其中l(wèi)表示納米梁(3)的長(zhǎng)度，K為反饋增益系數(shù)，E為納米梁(3)的彈性模量，A為納米梁(3)的橫截面積，d為納米梁(3)與靜電驅(qū)動(dòng)極板(4)之間的初始距離，ε₀為自由空氣介電常數(shù)，g₃表示三階模態(tài)正交系數(shù)，g₅表示五階模態(tài)正交系數(shù)，s表示納米梁(3)的寬度，V₀是交流電壓信號(hào)幅值。