[發明專利]基于隧道效應的納米梁振動控制裝置

有效

• 申請號: 201810180909.8
• 申請日: 2018-03-05
• 公開（公告）號: CN108414176B
• 公開（公告）日: 2020-01-31
• 發明（設計）人: 劉燦昌;萬磊;姜瑞瑞;劉文曉;李磊;秦志昌;孔維旭
• 申請（專利權）人: 山東理工大學
• 主分類號: G01M7/02
• 分類號: G01M7/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明提出一種納米梁振動控制裝置與方法。基于隧道效應的納米梁振動控制裝置，包括納米梁靜電激勵振動裝置、振動信號檢測裝置和納米梁振動控制裝置三部分。納米梁在交流信號激勵作用下產生受迫振動；當納米梁振動時，探測尖隨著納米梁上下振動，與導電塊間的距離產生周期性變化，產生與振動信號同步的周期性變化隧道電流，隧道電流流經信號取樣電阻，產生周期性變化的電壓，通過信號檢測電路采集該電壓信號，可以檢測納米梁的振動頻率。信號檢測器將此振動信號傳遞給左極板控制器和右極板控制器，然后分別控制左靜電驅動極板和右靜電驅動極板，來控制納米梁的振動。

技術領域

本發明專利是一種振動控制裝置，特別是一種用于納米梁的振動控制裝置，屬于納米梁振動控制領域。

背景技術

納微懸臂梁諧振器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，然而如何探測微小諧振子的振動，成為制約納米梁振動控制精度提高的難題之一。在驅動納微懸臂梁振動過程中，驅動設備會對被測對象造成擾動和破壞，引入多余的噪聲，降低控制的精確度。基于隧道效應的微位移機構具有良好的微位移特性以及納米級精度，正反向分辨力分別優于4nm和2nm，設計的納米級傳感系統具有較高的測量精度和穩定性(夏一，基于隧道效應的納米級傳感系統的研究，天津大學碩士論文)。靜電驅動是一種無接觸驅動方法，作為納米梁的驅動激勵源，減少驅動對被測對象的影響，可以激勵尺寸更小的微振子，提高納米梁振動控制的精確度和分辨率。本發明可以廣泛應用于振動控制、傳感器等領域納米梁振動控制工作。

發明內容

本發明針對納米梁振動難以控制的現狀，提出一種納米梁振動控制裝置與方法。

本發明專利解決其技術問題所采用的方案是：所述基于隧道效應的納米梁振動控制裝置，包括納米梁靜電激勵振動裝置、振動信號檢測裝置和納米梁振動控制裝置三部分。所述納米梁靜電激勵振動裝置，其特征在于：所述納米梁靜電激勵振動裝置由交流信號源、納米梁、靜電驅動極板、開關和導線組成。所述納米梁左端固定，右端自由，長度、寬度和高度分別為1.1μm、 120nm和75nm，納米梁用碳化硅材料制作，在表面鍍一層金金屬層，厚度為5nm，納米梁最右端正下方為固定的靜電驅動極板，長度納米納米梁的四分之一，靜電驅動極板與底板固結，與納米梁之間的距離為1μm；所述交流信號源一端通過一根導線連接納米梁右端的金金屬層，另一端由另一根導線連接開關上端，開關下端通過導線連接靜電驅動極板；開關閉合時，納米梁和靜電驅動極板間會產生一個交流電壓信號，激勵納米梁產生振動。

所述振動信號檢測裝置由固結于納米梁固定端附近下方的探測尖、導電塊、電源、信號取樣電阻、信號檢測器和導線組成，其特征在于：所述探測尖位于納米梁左端下方，與固定端距離為200nm，導電塊位于探測尖正下方，固結于底板，探測尖指向導電塊中央位置，探測尖與導電塊間的距離為1nm；所述電源一端通過納米梁上的金金屬層與探測尖相連接，另一端與信號取樣電阻連接，信號取樣電阻通過導線與導電塊連接，信號檢測器通過導線與信號取樣電阻并聯。

所述納米梁振動控制裝置由信號檢測器、左極板控制器、右極板控制器、左靜電驅動極板、右靜電驅動極板和導線組成，其特征在于：所述信號檢測器的下端通過導線分別連接左極板控制器和右極板控制器的下端，左極板控制器的上端通過導線連接左靜電驅動極板，右極板控制器的上端通過導線連接右靜電驅動極板，所述左靜電驅動極板和右靜電驅動極板固結在底板上。納米梁在交流信號激勵作用下產生受迫振動；當納米梁振動時，探測尖隨著納米梁上下振動，與導電塊間的距離產生周期性變化，產生與振動信號同步的周期性變化隧道電流，隧道電流流經信號取樣電阻，產生周期性變化的電壓，通過信號檢測電路采集該電壓信號，能夠檢測納米梁的振動頻率。信號檢測器將此振動信號傳遞給左極板控制器和右極板控制器，然后分別控制左靜電驅動極板和右靜電驅動極板，來控制納米梁的振動。