Авиационно инженерство Административно право Административно право Беларус Алгебра Архитектура Безопасност на живота Въведение в професията „психолог” Въведение в икономиката на културата Висша математика Геология Геоморфология Хидрология и хидрометрия Хидросистеми и хидравлични машини Културология Медицина Психология икономика дескриптивна геометрия Основи на икономически т Oria професионална безопасност Пожарна тактика процеси и структури на мисълта, Професионална психология Психология Психология на управлението на съвременната фундаментални и приложни изследвания в апаратура социалната психология социални и философски проблеми Социология Статистика теоретичните основи на компютъра автоматично управление теория на вероятностите транспорт Закон Turoperator Наказателно право Наказателно-процесуалния управление модерна производствена Физика Физични феномени Философски хладилни инсталации и екология Икономика История на икономиката Основи на икономиката Икономика на предприятията Икономическа история Икономическа теория Икономически анализ Развитие на икономиката на ЕС Спешни ситуации ВКонтакте Однокласници Моят свят Facebook LiveJournal Instagram
border=0

Архитектура на конзолни сензори и системи за наблюдение на положението на конзоли

<== предишна статия | следващата статия ==>

Важен елемент на конзолните преобразуватели, който определя техническите характеристики на аналитичните системи, е верига за измерване на деформациите на конзоли. Ако отражателната повърхност на конзолата не е по-малка от 1 За да се определи степента на нейните деформации, е възможно да се използва широко разпространена оптична схема, налична в повечето атомно-силови микроскопи и функционално състояща се от лазер, чийто лъч е насочен към отразяващата повърхност на конзола, и позиционен четирисегментен фотодиод, върху който се отразява лазерен лъч от конзолата.

Оптичната система е доста проста и най-ефективна за повечето сензорни устройства, тъй като позволява определянето на преместванията на конзолата до Ǻ. Нормализираният електрически вертикален офсетов сигнал на отразения лазерен лъч, получен от фотодиода, се получава от всяка от четирите секции на фотодиода. В общия случай, конзолата може да има както нормални (вертикални) деформации, така и усукване, усукване на лъча около основната му ос. Торсионните деформации са възможни по време на конзолното сканиране на повърхността на пробата в AFM в режим на триене, при безконтактни сензорни системи такива деформации се използват изключително рядко.

Въпреки неговото разпространение, оптичният метод има ограничения, тъй като този метод изисква прозрачност на средата и размерът на конзолата трябва да бъде не по-малък от дължината на вълната на лазерния източник. В допълнение, честотната лента на фотоприемника в повечето случаи не надвишава 1 MHz, което усложнява използването му във връзка с високочестотните резонансни конзоли. Когато се работи с такива конзоли, се използва методът на интензивната модулация на високоскоростен точков фотоприемник с частично припокриване на отразената светлина от непрозрачна полуплоскост. Методът за модулация на интензитета ви позволява да увеличите честотата на отчитане до няколко гигагерца.

Оптичните методи за наблюдение на положението на сондата включват интерферометрични и дифракционни методи. В дифракционната система за четене конзолата има формата на комплексна решетка, по време на деформации на която дифракционната картина от светлината, преминаваща през конзолата, претърпява промени. За обработка на информацията, идваща едновременно от голям набор от конзоли, е удобно да се използват цифрови матрици, видео информацията от която се обработва от софтуер.

В самите конзоли са разположени по-съвременни схеми за управление на деформациите (фиг. 7.6), от които отделни са конзоли с вградени слоеве от пиезоелектрични елементи. Такива сензори са способни да предават информация за степента на собствената си деформация под формата на електрически сигнал. Пиезоконтилевер е лъч от силициев нитрид, покрит със слой от ZnO или пиезокерамика, от външната страна на който се разпръскват електроди за отстраняване на потенциалната разлика, причинена от пиезоелектричния ефект в резултат на конзолни деформации.

Фиг. 7.6 Микрография на пиезо-конзола

За да отбележим, че прототипът на пиезо-конзолата е кварцови резонатори с подобни пиезоелектрични свойства, които се използват и в атомно-силовата микроскопия.

Предимството на пиезо-конзолите е компактността на системата за отчитане и ниските загуби на топлина, в резултат на което тези конзоли се използват при нискотемпературна микроскопия. Техните недостатъци включват дистанционни електрически контакти, които не позволяват работа в проводими среди. В допълнение, за да се постигне необходимата електрическа реакция, дебелината на пиезо-слоя трябва да бъде съизмерима с дебелината на гредата, което значително влияе на механичните характеристики на конзолите. За да се постигне необходимия електрически отговор, дебелината на пиезоелектричния слой трябва да бъде съизмерима с дебелината на гредата, което значително намалява механичните характеристики на конзолите и освен това трябва да работи в режим на големи амплитуди на огъване, което за сензорите, основани на статични деформации, значително намалява чувствителността.

Понастоящем пиезорезистивните конзоли, причинени от външни напрежения, са обещаващи. Когато такъв конзолен елемент е огънат, неговата проводимост се променя. По правило пиезорезистивният слой се състои от силиций, легиран с борни йони, който е разположен в определена област на конзолната греда, често по-близо до основата му.

Фиг. 7.7 Микрофотография на двойка пиезорезистивни конзоли 2 и 3, включени в моста на Уитстон 1, и 4 - поддържащо съпротивление на моста

Пиезорезистивният кантилевер обикновено е включен в моста Уинстън (фиг. 7.7). Чувствителността към огъване на конзолата в тази система зависи от стойността на коефициента на съпротивление на пиезорезистивния силиций (K = 120), дължината и дебелината на конзолата, дължината на резистора.

Предимството на пьезорезистивната конзолна контролна система е неговата компактност. През последните две години, във връзка с разработването на пиезорезистивен конзолен елемент, който е едновременно и нагревателен и чувствителен елемент, е налице методът на микротермогравиметричния анализ на дадено вещество, който ни позволява да конструираме термограми с точност до 1ng загуба на маса. Недостатъкът на пиезорезистивната система е, че устойчивостта на легирания слой до голяма степен зависи от температурата. Токът, преминаващ през пиезорезистивния слой, го загрява и при контакт с външната среда настъпва температурен градиент, водещ до изходящи отклонения.

Честотните сензори на конзолна основа често се използват в интегрирани чипове, произведени от технологията за допълнителен металооксиден полупроводник (CMOS). Проводящ конзолен нож е поставен до проводника, така че между тях се образува микроскопична междина. Тази система е плосък кондензатор, чийто капацитет зависи от най-малкото изместване на конзолата в обратна пропорция с размера на междината. Системите за управление на капацитета на практика не налагат ограничения върху стойността

естествената честота на конзолата и може да работи на радиочестоти. Недостатък на системата е невъзможността да се работи в проводими среди, освен това, най-малките промени в стойността на диелектричната константа на средата влияят върху стойността на прочетения сигнал.

Изключително чувствителен метод за откриване на поднамоновите измествания е методът за електронно тунелиране. Системата за тунелен токов контрол, по аналогия с един капацитивен, се състои от проводник и конзола, само в този случай размерът на междината между тях остава достатъчно малък в съответствие с формулата за плътност на тунелния ток, валидна за апроксимация на плоски метални електроди и вакуумен тунел и зависи от разстоянието на сондата към пробата потенциални разлики при тунелния контакт, константата на затихване на вълновите функции на електроните в контакта, ефективната височина на потенциалната бариера.

Тъй като тунелният ток нараства експоненциално с намаляване на междината между конзолата и проводника, такава система за контролиране на механичните деформации дава възможност да се измери изместването на конзолата към Ǻ. При деформации на конзолата на големи 1 nm, тунелният ефект изчезва и контролната система спира да работи. Следователно, методът за тунелен контрол има общи ограничения за всички електромеханични методи, които изискват поток да тече през елемента на механичен преобразувател.

В системи от конзоли, предназначени за измерване на статични деформации, в допълнение към полезни сигнали, се получава шум и отклонения, дължащи се на нестабилността на физическите параметри на средата, в която се намира сензорът, като температура, оптична плътност, рН, хидродинамични колебания и др. използвайте един микромеханичен сензор. За бързо подаване на вещество към повърхността на сензора, конзолата обикновено се поставя в микрофлуидна система, която се характеризира със значителни колебания в налягането и температурата, които пречат на аналитичния сигнал и го правят неподходящ за по-нататъшно тълкуване. В такива системи се използва комбинирана двойка конзоли, разположени една до друга. Един от тях действа като контрол, който отразява промените във физическите условия по време на измервателния цикъл, а другият измерва полезния сигнал на фона на шума. В същото време разликата между сигналите, идващи от контролната и сензорната конзола, се изважда. Това подчертава полезния сигнал. За разширяване на функционалността и производителността на микрокантилевърните системи се използват едномерни и двумерни конзолни масиви.

Химичните сензори, базирани на няколко конзоли, имат свойствата на човешкия нос, в който има няколко рецептора. Такива конзоли са модифицирани с различни нискомолекулни вещества или биополимерни филми, които произвеждат свой собствен отговор на промените във физикохимичните свойства на средата. Фигура 7.8 показва масив от осем конзоли, произведени от изследователската лаборатория на IBM за създаване на изкуствен нос.

Фиг. 7.8 Матрица от осем силиконови конзоли, използвани за сензорни приложения

Изследванията на някои реакции върху повърхността на конзолата изискват възпроизводимост и статистически анализ. Високопроизводителен анализ на генния анализ на базата на ДНК хибридизация на повърхността на конзоли е демонстриран от Min Yu et al.

<== предишна статия | следващата статия ==>





Вижте също:

Особености на внедряването на нелинейни процеси в системи с хаотична динамика

Принципи на конструиране и особености на функционирането на измервателни уреди, базирани на използването на свързани колебания в системи с две степени на свобода

Физически основи на магнитен резонанс

Въглеродни нанотръби

въведение

Практическо приложение на атомно силовия микроскоп

Физически основи на СКВИД - микроскопия

Проблемът за създаване на изкуствени невро-подобни измервателни устройства

Сканиращо микроскопско устройство

Концепциите на експертната система и изкуствената невронна мрежа

Връщане към съдържанието: Съвременни фундаментални и приложни изследвания в приборостроенето

Видян: 3101

11.45.9.55 © ailback.ru не е автор на публикуваните материали. Но предоставя възможност за безплатно ползване. Има ли нарушение на авторските права? Пишете ни Обратна връзка .