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高温环境下微悬臂梁谐振频率温度特性及测试技术研究

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仪器仪表学报 2010年第11期31卷 2494-2499页

作者：佘东生王晓东张习文王立鼎辽宁省微纳米技术及系统重点实验室大连116024 大连理工大学精密与特种加工教育部重点实验室大连116024

对单晶硅微悬臂梁在高温环境下的动态特性进行了理论分析,研制了高温环境下的MEMS动态特性测试系统,采用压电陶瓷作为底座激励装置的驱动源,设计了一个可动的机构,解决了压电陶瓷在高温环境下使用的难题;通过激励装置进行冲击激励,使用... 详细信息

对单晶硅微悬臂梁在高温环境下的动态特性进行了理论分析,研制了高温环境下的MEMS动态特性测试系统,采用压电陶瓷作为底座激励装置的驱动源,设计了一个可动的机构,解决了压电陶瓷在高温环境下使用的难题;通过激励装置进行冲击激励,使用激光多普勒测振仪对微悬臂梁的振动响应进行检测,对微悬臂梁受冲击后的时域信号进行分析,获得微悬臂梁的谐振频率。利用研制的高温环境下MEMS动态特性测试系统,在室温至300℃的温度环境下对单晶硅微悬臂梁的动态特性进行了测试,结果表明随着温度的升高其谐振频率会有轻微的减小,验证了理论分析的结果。

关键词： MEMS测试动态特性的测试高温环境微悬臂梁激励装置

压电驱动微悬臂梁与基底粗糙面间多次接触分析

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农业机械学报 2015年第9期46卷 368-372页

作者：黄健萌黄靖福州大学机械工程及自动化学院福州350108

基于压电原理，在考虑黏着、微凸体间相互作用、基底弹塑性变形及微悬臂梁弹性恢复等基础上，运用ABAQUS动态模拟分析了压电薄膜驱动下微悬臂梁末端与基底粗糙面间的接触。结果表明：每次压电驱动接触过程中均存在数次明显的接触一分离... 详细信息

基于压电原理，在考虑黏着、微凸体间相互作用、基底弹塑性变形及微悬臂梁弹性恢复等基础上，运用ABAQUS动态模拟分析了压电薄膜驱动下微悬臂梁末端与基底粗糙面间的接触。结果表明：每次压电驱动接触过程中均存在数次明显的接触一分离情形，梁与基底在无电压作用后2～4μs内仍出现黏合，分离期间粗糙表面发生小部分的弹塑性变形，其中最大残余应力值处于接触区域边缘；随着压电驱动次数的增加，基底发生塑性变形区域不断向两边扩展，表面间黏合作用增强，影响系统接触的可靠性。

关键词：压电薄膜微悬臂梁粗糙面黏合接触

基于数字相关法初始值优化的微悬臂梁弯曲变形与应变测量方法

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上海交通大学学报 2014年第5期48卷 693-701页

作者：刘洪涛梁振宁胡文莫锦秋王石刚上海交通大学机械与动力工程学院上海200240

提出了一种基于数字相关法初始值优化的微悬臂梁弯曲变形与应变测量方法.基于放大的微悬臂梁表面的纹理特征,在尺度空间内进行特征点的测量与匹配,在特征点处进行高阶的数字相关法计算以得到变形参数;将特征点处的变形参数进行二维插值... 详细信息

提出了一种基于数字相关法初始值优化的微悬臂梁弯曲变形与应变测量方法.基于放大的微悬臂梁表面的纹理特征,在尺度空间内进行特征点的测量与匹配,在特征点处进行高阶的数字相关法计算以得到变形参数;将特征点处的变形参数进行二维插值运算以得到任意像素点处变形参数的初始值;采用牛顿拉普森迭代方法计算在特定网格点处的变形参数,进而得到网格点处的位移和应变.通过仿真变形图像的计算结果来确定数字相关法的设定参数,对实际的微悬臂梁变形图像进行应变场计算,并与有限元法的计算结果进行比较,以验证所提出方法的有效性.

关键词：微悬臂梁特征点匹配数字相关法初始值优化应变测量

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飞秒激光加工微悬臂梁薄膜光纤声波传感器

光子学报 2023年第10期52卷 209-219页

作者：郑怡雯陈永璋唐前浩朱一新于永芹杜晨林阮双琛深圳技术大学广东省高校先进光学精密制造技术重点实验室深圳518118 深圳技术大学新材料与新能源学院深圳518118 深圳技术大学中德智能制造学院深圳518118

设计并制作了一种光纤微悬臂梁传感器,由于悬臂梁在受迫振动过程中不会产生拉伸变形,与四周固定的圆形密闭薄膜相比,会产生更高的声波灵敏度。采用飞秒激光加工制作微悬臂梁薄膜光纤声波传感器,制备出长宽均为500μm,厚6μm的微悬臂梁... 详细信息

设计并制作了一种光纤微悬臂梁传感器,由于悬臂梁在受迫振动过程中不会产生拉伸变形,与四周固定的圆形密闭薄膜相比,会产生更高的声波灵敏度。采用飞秒激光加工制作微悬臂梁薄膜光纤声波传感器,制备出长宽均为500μm,厚6μm的微悬臂梁结构。通过实验得到其反射光谱对比度为8.8 dB,自由光谱范围为7.72 nm,理论计算得光纤法布里-珀罗腔长为155.6μm。研究结果表明,该光纤声波传感器在2200 Hz处出现明显的共振峰,对应的声压灵敏度为414 mV/Pa,在300 Hz时有最大的灵敏度675 mV/Pa,与普通硅橡胶薄膜声波传感器相比灵敏度显著提高。理论计算硅橡胶微悬臂梁光纤声波传感器的一阶共振频率为198 Hz,与实验测得的共振频率较为接近。同时悬臂梁传感器的声压灵敏度可达675 mV/Pa,声压响应线性度为0.994。

关键词：光纤声波传感器微悬臂梁飞秒激光微加工声压灵敏度法布里-珀罗干涉仪

锆钛酸铅厚膜驱动高机械品质因数微悬臂梁的制作与性能(英文)

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硅酸盐学报 2014年第1期42卷 65-69页

作者：赵全亮李中翔何广平曹茂盛王大伟狄杰建北方工业大学机电工程学院北京100144 北京理工工大学材料科学与工程学院北京100081

采用溶胶-凝胶法与体硅微加工相结合的技术制作了2.5mm厚锆钛酸铅(Lead zirconate titanate,PZT)厚膜驱动的微悬臂梁。测试结果表明:该微悬臂梁的第一阶谐振频率约为199.63kHz,与理论计算结果非常吻合;在大气压强下测得的机械品质因数(Q... 详细信息

采用溶胶-凝胶法与体硅微加工相结合的技术制作了2.5mm厚锆钛酸铅(Lead zirconate titanate,PZT)厚膜驱动的微悬臂梁。测试结果表明:该微悬臂梁的第一阶谐振频率约为199.63kHz,与理论计算结果非常吻合;在大气压强下测得的机械品质因数(Q值)可高达799。通过能量损耗机制分析认为:该PZT厚膜比薄膜有效弹性模量更大并且具有趋向于"硬"性压电材料的性质,因此有利于微悬臂梁Q值的增强。

关键词：锆钛酸铅微悬臂梁机械品质因数厚膜

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微悬臂梁传感器对中药成分的非标记检测

实验力学 2010年第5期25卷 529-535页

作者：陈雁云薛长国黄渊张青川刘红王保民伍小平中国科学技术大学中科院材料力学行为和设计重点实验室合肥230027 中国科学技术大学化学物理系合肥230026 中国农业大学农学与生物技术学院北京100094

利用微悬臂梁传感技术对两种中药成分(青蒿素与马兜铃酸)抗原抗体的特异性结合进行检测。首先用巯基化二抗将青蒿素或马兜铃酸抗体通过自组装法修饰到微悬臂梁的金面上,再加入不同浓度的青蒿素或马兜铃酸抗原,采用光杠杆原理监测微悬臂... 详细信息

利用微悬臂梁传感技术对两种中药成分(青蒿素与马兜铃酸)抗原抗体的特异性结合进行检测。首先用巯基化二抗将青蒿素或马兜铃酸抗体通过自组装法修饰到微悬臂梁的金面上,再加入不同浓度的青蒿素或马兜铃酸抗原,采用光杠杆原理监测微悬臂梁的实时变形。该系统能够检测出至少100ng/ml浓度的青蒿素与500ng/ml的马兜铃酸标准样品,并与ELISA实验所得的活性标准曲线趋势相对应。由于青蒿素抗体活性比马兜铃酸抗体活性强,因此检测出的青蒿素极限浓度较低。结果表明,利用微悬臂梁传感技术对中药成分的检测是可行的。

关键词：微悬臂梁生物传感器青蒿素马兜铃酸抗原抗体表面应力

考虑中性层位置变化的微悬臂梁气体传感器静态模型的分析

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固体力学学报 2012年第3期33卷 309-316页

作者：景大雷王飞王晓明赵亮赵学增哈尔滨工业大学机电工程学院哈尔滨150001 哈尔滨工业大学微系统与微结构制造教育部重点实验室哈尔滨150001

微悬臂梁是一种高灵敏度的生化传感器.论文考虑吸附表面应力引起的中性层位置的变化,采用能量法建立了微悬臂梁在单层分子吸附稳定后的静态弯曲模型,并以表面吸附有水蒸汽分子的微悬臂梁为例,研究了微悬臂梁曲率半径随其厚度、杨氏模量... 详细信息

微悬臂梁是一种高灵敏度的生化传感器.论文考虑吸附表面应力引起的中性层位置的变化,采用能量法建立了微悬臂梁在单层分子吸附稳定后的静态弯曲模型,并以表面吸附有水蒸汽分子的微悬臂梁为例,研究了微悬臂梁曲率半径随其厚度、杨氏模量及吸附分子间距的变化规律以及中性层位置变化对微悬臂梁传感器性能预测的影响,结果发现:(1)微悬臂梁的曲率半径与其杨氏模量、厚度及吸附分子间距之间可以近似用一次、二次和八次函数关系表示;(2)中性层变化导致的曲率半径计算误差,随着微悬臂梁厚度、杨氏模量的增加而减小,但影响较小,而吸附分子间距会对该相对误差产生明显影响;(3)中性层位置变化会对微悬臂梁传感器灵敏度和表面应变预测产生明显的影响.

关键词：微悬臂梁吸附静态弯曲中性层

微悬臂梁弯曲法测量3C-SiC薄膜断裂强度

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纳米技术与精密工程 2017年第2期15卷 87-92页

作者：路远董培涛吴学忠国防科学技术大学机电工程与自动化学院长沙410073

针对恶劣环境下MEMS对高强度材料的需求,采用化学气相沉积(CVD)外延生长3C-SiC薄膜.利用微力学操纵系统,对3C-SiC微悬臂梁进行了弯曲实验.利用厚板结构的有限元仿真和威布尔统计,得到3C-SiC薄膜断裂强度.结果表明:不同尺寸3C-SiC微悬臂... 详细信息

针对恶劣环境下MEMS对高强度材料的需求,采用化学气相沉积(CVD)外延生长3C-SiC薄膜.利用微力学操纵系统,对3C-SiC微悬臂梁进行了弯曲实验.利用厚板结构的有限元仿真和威布尔统计,得到3C-SiC薄膜断裂强度.结果表明:不同尺寸3C-SiC微悬臂梁威布尔特征强度为1 852.15 MPa、2 554.56 MPa、2 598.39 MPa、2 911.64 MPa,威布尔模数分别为9.547、11.541、18.909、20.733.断裂强度随微悬臂梁宽度增加而减小,威布尔模数也减小,分析认为:结构尺寸越大的微悬臂梁,含有的生长缺陷(如孔洞、裂纹等)越多,造成其断裂强度越低.

关键词： 3C-SiC薄膜微悬臂梁弯曲实验威布尔统计断裂强度

基于镀钯薄膜的微悬臂梁型光纤光栅氢传感器的设计和制备

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中国激光 2010年第7期37卷 1784-1788页

作者：张晓晶张博明陈吉安武湛君上海交通大学空天科学技术研究院上海200240 哈尔滨工业大学复合材料研究所黑龙江哈尔滨150001

利用微型机电系统(MEMS)加工工艺制备微悬臂梁,开发了一种由镀钯薄膜微悬臂梁和光纤布拉格光栅(FBG)组成的氢气敏光纤传感器,通过光栅波长的变化测量微悬臂梁吸收氢气时产生的位移,从而反映出环境中的氢浓度。应用弹性力学理论分析其工... 详细信息

利用微型机电系统(MEMS)加工工艺制备微悬臂梁,开发了一种由镀钯薄膜微悬臂梁和光纤布拉格光栅(FBG)组成的氢气敏光纤传感器,通过光栅波长的变化测量微悬臂梁吸收氢气时产生的位移,从而反映出环境中的氢浓度。应用弹性力学理论分析其工作原理,建立了传感器最大波长变化量与氢浓度关系的数学模型。结果表明,改变钯膜/硅悬臂梁厚度比可以提高传感器的灵敏度,厚度比为0.4时,传感器响应量最大。通过实验研究了传感器的氢响应特性,理论模型预测的最大波长变化量与实验结果十分吻合。

关键词：氢传感器微悬臂梁光纤布拉格光栅微型机电系统钯膜