Самолетни двигатели Административно право Административно право на Беларус Алгебра Архитектура Безопасност на живота Въведение в професията „психолог“ Въведение в икономиката на културата Висша математика Геология Геоморфология Хидрология и хидрометрия Хидравлични системи и хидромашини История на Украйна Културология Културология Логика Маркетинг Машиностроене Медицинска психология Метали и заваръчни инструменти Метали и метали икономика Описателни 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 Социална психология социални и философски проблеми Социология Статистика теоретичните основи на компютъра автоматично управление теория теорията на вероятностите транспорт Закон Turoperator Наказателно право Наказателно-процесуалния управление модерно производство Физика физични явления Философски хладилни агрегати 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 VKontakte Odnoklassniki My World Facebook LiveJournal Instagram
border=0

Архитектурата на конзолните сензори и системите за мониторинг на позицията на конзолата

<== предишна статия | следваща статия ==>

Важен елемент на конзолните преобразуватели, който определя техническите характеристики на системите за анализ, е схемата за измерване на конзолните напрежения. Ако отразяващата повърхност на конзолата е не по-малка от 1 , след това за да се определи степента на деформациите му, е възможно да се използва широко разпространената 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 четирисегментарен фотодиод, върху който инцидентира лазерният лъч, отразен от конзолата.

Оптичната система е доста проста и най-ефективна за повечето устройства с докосване, тъй като позволява да се определи изместването на конзолата до Ǻ. Нормализираният електрически вертикален сигнал за изместване на отразения лазерен лъч, генериран от фотодиода, се получава от всеки от четирите секции на фотодиода. В общия случай конзолата може да има както нормални (вертикални) деформации, така и торсионни деформации, усукващи лъча спрямо основната му ос. Торсионни деформации са възможни по време на конзолно сканиране на повърхността на пробата върху AFM в режим на триене; в безконтактните сензорни системи такива деформации са изключително редки.

Въпреки разпространението си, 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 честотна лента на фотодетектора в повечето случаи не надвишава 1 MHz, което усложнява използването му във връзка с високочестотни резонансни конзоли. Когато работите с такива конзоли, методът на модулиране на интензивността се използва на високоскоростен фотодетектор, използвайки частично припокриване на отразена светлина от непрозрачна полуплоска. Методът на модулация на интензитета ви позволява да увеличите честотата на четене до няколко гигагерца.

Оптичните методи за наблюдение на положението на сондата включват интерферометрични и дифракционни методи. В дифракционна система за четене конзолата има формата на сложна решетка, с деформации на която дифракционният модел от светлината, преминаващ през конзолата, претърпява промени. За обработка на информация, идваща едновременно от голям масив конзоли, е удобно да се използват цифрови матрици, видео информацията от които се обработва от софтуер.

По-модерните схеми за контрол на деформацията са разположени вътре в самите конзоли (Фиг. 7.6), отделен тип от които са конзолни с вградени слоеве от пиезоелектрически елементи. Такива сензори са способни да предават информация за степента на вътрешна деформация под формата на електрически сигнал. Пиезокантилеверът е лъч от силициев нитрид, покрит със ZnO или пиезокерамичен слой, от външната страна на който се пръскат електроди, за да се премахне потенциалната разлика, произтичаща от пиезоелектричния ефект в резултат на конзолни деформации.

Фиг. 7.6 Микрография на пиезокантил

За да се отбележи, че прототипът на пиезокантилера са кварцови резонатори с подобни пиезоелектрични свойства, които се използват и при атомно-силова микроскопия.

Предимството на пиезокантилерите е компактността на системата за отчитане и ниските топлинни загуби, в резултат на което такива конзоли се използват в микроскопия с ниска температура. Техните недостатъци включват отдалечени електрически контакти, които не позволяват работа в проводими носители. Освен това, за да се постигне необходимата електрическа реакция, дебелината на пиезоелектричния слой трябва да бъде пропорционална на дебелината на гредата, което значително влияе върху механичните характеристики на конзолите. За да се постигне необходимата електрическа характеристика, дебелината на пиезоелектричния слой трябва да е пропорционална на дебелината на гредата, което значително влошава механичните характеристики на конзолите и в допълнение трябва да работи в режим на големи амплитуди на огъване, което значително намалява чувствителността на сензорите на базата на статични деформации.

Понастоящем обещаващи са пиезорезистивни конзоли, причинени от външни напрежения. Когато такъв конзол се огъва, неговата проводимост се променя. По правило пиезорезистивният слой се състои от силиций, легиран с борни йони, който се намира в определен участък на конзолния лъч, по-често по-близо до неговата основа.

Фиг. 7.7 Микрография на двойка пиезорезистивни конзоли 2 и 3, включени в моста Wheatstone 1, и 4 са референтните съпротивления на моста

Пиезорезистивният конзол обикновено е включен в моста на Уинстън (Фигура 7.7). Чувствителността към огъване на конзолата в тази система зависи от стойността на пиезорезистивния коефициент на устойчивост на силиций (K = 120), дължината и дебелината на конзолата и дължината на резистора.

Предимството на пиезорезистивната система за наблюдение на позицията на конзолата е нейната компактност. През последните две години, във връзка с разработването на пиезорезистивен конзол, който е едновременно нагряващ и чувствителен елемент, стана достъпен методът на микротермогравиметричен анализ на веществото, който ви позволява да изграждате термограми с точност до 1ng загуба на маса. Недостатъкът на пиезорезистивната система е, че устойчивостта на легирания слой до голяма степен зависи от температурата. Директният ток, преминаващ през пиезорезистивния слой, го загрява и при контакт с външната среда възниква температурен градиент, което води до отклонения на изходния сигнал.

Концентративните сензори на базата на конзола често се използват в интегрирани чипове, произведени по технологията на допълнителен полупроводник с метален оксид (CMOS). Проводник на конзола е поставен до проводника, така че между тях да се образува микроскопична междина. Тази система е плосък кондензатор, чийто капацитет зависи от най-малките измествания на конзолата, обратно пропорционални на размера на пролуката. Капацитивните системи за управление на практика не налагат ограничения върху стойността

естествена честотна конзола и може да работи на радиочестоти. Недостатъкът на системата е невъзможността за работа в проводими среди, освен това най-малките промени в диелектричната константа на средата влияят върху стойността на прочетения сигнал.

Силно чувствителен метод за откриване на движения на субнанометъра е методът на тунелиране на електрон. Системата за управление на токовия ток по аналогия с капацитивния ток се състои от проводник и конзола, само в този случай пролуката между тях остава достатъчно малка в съответствие с формулата за плътност на тока на тунела, която е валидна за сближаване на плоските метални електроди и вакуумното тунелиране и зависи от разстоянието на сондата до пробата, т.е. потенциални разлики в тунелния възел, затихващи константи на функциите на електронната вълна в кръстовището, ефективна височина на потенциалната бариера.

Тъй като тунелният ток нараства експоненциално с намаляване на пролуката между конзолата и проводника, такава система за контрол на механичните деформации дава възможност да се измери изместването на конзолата до Ǻ. С конзолни деформации с големи 1 nm ефектът на тунелиране изчезва и управляващата система престава да работи. Следователно методът за управление на тунела има ограничения, общи за всички електромеханични методи, които изискват потока на заряда през елемента на механичен преобразувател.

В конзолните системи, предназначени за измерване на статични деформации, в допълнение към полезните сигнали, шумът и дрифтите възникват поради нестабилността на физическите параметри на средата, в която се намира сензорът, като температура, оптична плътност, pH, хидродинамични колебания и др. Само във високо стабилни измервателни системи могат използвайте един микромеханичен сензор. За бързо подаване на веществото на повърхността на сензора, конзолата обикновено се поставя в система с микрофлуиден поток, която се характеризира със значителни колебания в налягането и температурата, които пречат на аналитичния сигнал и го правят неподходящ за по-нататъшна интерпретация. Такива системи използват комбинирана двойка конзоли една до друга. Единият от тях действа като управление, което отразява промените във физическите условия по време на цикъла на измерване, а другият измерва полезния сигнал на фона на шум. В същото време разликата на сигналите, идващи от контролните и допирните конзоли, се изважда. По този начин се откроява полезен сигнал. За да се разшири функционалността и производителността на микрокантилеверните системи, се използват едномерни и двумерни конзолни масиви.

Химическите сензори, базирани на няколко конзолни, имат свойствата на човешки нос, в който има няколко рецептора. Такива конзоли се модифицират с различни вещества с ниско молекулно тегло или биополимерни филми, които произвеждат собствен отговор на промените във физикохимичните свойства на средата. Фигура 7.8 показва масив от осем конзоли, направени в изследователската лаборатория на IBM за създаване на изкуствен нос.

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

Проучванията на определени реакции на повърхността на конзола изискват възпроизводимост и статистически анализ. Високопропускливи проби от генен анализ, базирани на хибридизация на ДНК на повърхността на конзолите, бяха демонстрирани от Min Yu et al. Върху двуизмерен масив от 500 конзолни.

<== предишна статия | следваща статия ==>





Прочетете също:

Конзолни сензори, базирани на високо молекулно тегло и биополимерни системи

Устройството и принципът на работа на сканиращ тунелен микроскоп

MEMS захранващи устройства за преносими устройства.

Повърхностен плазмонен резонансен ефект

Стар ефект

Практическо изпълнение на електронна микроскопия

Основните закони на самоорганизацията на сложни динамични системи

Устройството и принципът на работа на електростатичните и магнитните лещи

въведение

Физични принципи на SQUID - микроскопия

Приложения на свръхпроводници в измервателната технология

Електронно парамагнитен резонанс

Обратно към съдържанието: Съвременни фундаментални и приложни изследвания в инструменталната техника

Преглеждания: 3406

11.45.9.161 © ailback.ru Той не е автор на публикуваните материали. Но предоставя възможност за безплатно използване. Има ли нарушение на авторски права? Пишете ни | Обратна връзка .