CN105091737B - 一种悬臂梁偏转位移测量装置 - Google Patents
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Abstract
一种悬臂梁偏转位移测量装置，包括一个悬臂梁安装在底座上，底座为绝缘体，悬臂梁为导电体，在悬臂梁的周围安装有至少一个金属探针，金属探针和悬臂梁之间留有距离。金属探针与悬臂梁相对各点作为正负两个电极，两电极在一定距离下会有隧道电流的产生，悬臂梁电极与金属电极之间的距离发生改变，隧道电流的大小也会改变，根据改变的大小将数据输入计算机，将事先对悬臂梁偏转各个角度进行数据收集，存入计算机，再通过计算机存储的角度与距离之间的关系从而得出悬臂梁1受到震动或者冲击时具体偏转的位移变化。那么在液体或气体中的改变也就会得出其相应的改变角度位移的多少了。
Description
技术领域
本发明涉及一种可以测量偏转位移的装置。
背景技术
研究物质的表面结构是凝聚态物理学和其他相关学科所关心的一个重要课题。1982年,IBM苏黎世实验室的GerdBinnig和HeinriChRohrer及其同事成功研制了世界上第一台扫描隧道显微镜(SeanningTunnelingMicr0Scope,简称STM)。扫描隧道显微镜不仅能直接获得样品表面实空间原子级分辨率的结构图像,而且能反映物体表面的三维信息,它为物质的表面结构研究开创了一个崭新的局面,已成为凝聚态物理、化学、生物、材料等实验研究中极其有力的工具。由于STM在各个研究领域中的重要性以及它所取得的重要成就,1986年,STM的发明者GerdBinnig和HeinrichRohrer被授予诺贝尔物理学奖。
STM基本的工作原理是量子理论中的隧道效应，通过探针针尖和样品表面间的隧穿电流来探测探针和样品之间的距离，分辨率达到0.01nm，即可分辨出单个原子。
虽然用隧穿电流来检测偏转角度及位移的方法分辨率很高，但是，目前采用这种方法的仪器没有看到，将隧道效应对距离的敏感性移植到对测量偏转位移的测量的思想是非常新颖的也是前所未有的。
发明内容
本发明要解决的技术问题是构建悬臂梁的隧道效应实现的条件，提供一种悬臂梁偏转位移测量装置，以突破以往测量偏转位移的局限性问题，该悬臂梁偏转位移测量装置能够把两个电极之间的距离变化用隧穿电流的数值变化来表示，高精度的测量偏转角度的变化。
本发明的目的通过如下技术方案实现，一种悬臂梁偏转位移测量装置，包括一个悬臂梁安装在底座上，底座为绝缘体，悬臂梁为导电体，在悬臂梁的周围安装有至少一个金属探针，金属探针和悬臂梁之间留有距离。
所述导电体包括导电材料的导电体和不导电材料表面粘贴或涂有金属薄膜的导电体。
所述金属探针顶端垂直指向悬臂梁，金属探针顶端与悬臂梁之间的距离为0.01nm-100nm。
所述金属探针顶端尺寸为0.01nm-100nm的针尖形状或近似于针尖形状的多面体或类似圆形。
所述金属探针材料为铂金、钨、铱，或为铂金、钨、铱的合金材料。
所述悬臂梁的截面形状为三角形、圆形、椭圆形、卵形、规则多边形或不规则多边形。
所述悬臂梁周围安装4-12一个金属探针。
所述悬臂梁周围设有电极支架，所述金属探针通过电极支架安装在悬臂梁的周围。
本发明结构科学简单，在悬臂梁导电体四周安装一根或多根金属探针，悬臂梁顶端与金属探针顶端之间的距离为0.01nm~100nm，这样金属探针与悬臂梁各作为正负两个电极，两电极在这样一个距离下会有隧道电流的产生，在静态下事先测量出这个隧道电流的大小，当将这个整体悬臂梁装置至于液体或气体中时，再细微的水流冲击或气体场压强改变都会使悬臂梁发生偏转，那么产生的效果就是使悬臂梁电极与金属电极之间的距离发生改变，从而隧道电流的大小也会改变，根据改变的大小将数据输入计算机，将事先对悬臂梁偏转各个角度进行数据收集，存入计算机，再通过计算机存储的角度与距离之间的关系从而得出悬臂梁1受到震动或者冲击时具体偏转的位移变化。那么在液体或气体中的改变也就会得出其相应的改变角度位移的多少了。
通过上述技术方案，本发明的一种悬臂梁偏转位移测量装置可以实现纳米级偏转角度传感功能，可以用在对水流向的的勘测，对大气中微小气压的预测及预估，对声音传播过程中强度的一个变化过程的测量甚至可以直接测量微纳力和位移等。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图2是本发明的俯视结构示意图。
图中：1悬臂梁，2底座，3电极支架，4金属电极。
具体实施方式
以下结合附图描述本发明一种悬臂梁偏转位移测量装置的具体实施方式。
图1与图2分别从不同角度描述了本发明悬臂梁偏转位移测量装置的结构。
如图1、图2所示，一种悬臂梁偏转位移测量装置，包括一个悬臂梁安装在底座上，底座为绝缘体，悬臂梁为导电体，在悬臂梁的周围安装有至少一个金属探针，金属探针和悬臂梁端截面之间留有距离。金属探针顶端垂直指向悬臂梁，金属探针顶端与悬臂梁端截面之间的距离为0.01nm-100nm。金属探针顶端尺寸为0.01nm-100nm的针尖形状或近似于针尖形状的多面体或类似圆形。金属探针材料为铂金、钨、铱，或为铂金、钨、铱的合金材料。
导电体包括导电材料的导电体和不导电材料表面粘贴或涂有金属薄膜的导电体。悬臂梁的截面形状为三角形、圆形、椭圆形、卵形、规则多边形或不规则多边形。悬臂梁周围设有电极支架，所述金属探针通过电极支架安装在悬臂梁的周围，电极支架3安装固定在底座2上。悬臂梁周围最佳安装4-12个金属探针。
当金属电极4与悬臂梁1作为的一个电极之间的距离在纳米级时，给这两个电极外加电压，金属电极4与悬臂梁电极之间将产生隧穿电流，且电流的大小与距离密切相关；当将这种装置置于气体、水流、声音或者直接施加微纳力时，悬臂梁1会发生偏转或者振动，从而金属电极4与悬臂梁1电极之间的距离就会改变，它们之间产生的隧道电流也会发生改变，通过采集隧穿电流的大小，可以利用计算机程序算出金属电极4与悬臂梁电极之间的距离的变化，再通过计算机存储的角度与距离之间的关系从而得出悬臂梁1受到震动或者冲击时具体偏转的位移变化。
Claims (4)
1.一种悬臂梁偏转位移测量装置，其特征是：一个悬臂梁安装在底座上，底座为绝缘体，悬臂梁为导电体，金属探针和悬臂梁之间留有距离；所述金属探针顶端垂直指向悬臂梁，金属探针顶端与悬臂梁之间的距离为0.01nm-100nm，所述悬臂梁周围安装4-12个金属探针，所述悬臂梁周围设有电极支架，所述金属探针通过电极支架安装在悬臂梁的周围，所述金属探针顶端尺寸为0.01nm-100nm的针尖形状或近似于针尖形状的多面体或类似圆形；
当金属探针与悬臂梁之间的距离在纳米级时，给这两个电极外加电压，金属探针与悬臂梁各作为正负两个电极，金属探针与悬臂梁电极之间将产生隧穿电流，且电流的大小与距离密切相关；当将该装置置于气体、水流、声音或者直接施加微纳力时，悬臂梁会发生偏转或者振动，从而金属探针与悬臂梁电极之间的距离就会改变，它们之间产生的隧穿电流也会发生改变，通过采集隧穿电流的大小，利用计算机程序算出金属探针与悬臂梁电极之间的距离的变化，再通过计算机存储的角度与距离之间的关系从而得出悬臂梁受到震动或者冲击时具体偏转的位移变化。
2.根据权利要求1所述的一种悬臂梁偏转位移测量装置，其特征是，所述导电体包括导电材料的导电体，或者不导电材料表面粘贴或涂有金属薄膜的导电体。
3.根据权利要求1所述的一种悬臂梁偏转位移测量装置，其特征是，所述金属探针材料为铂金、钨、铱，或为铂金、钨、铱的合金材料。
4.根据权利要求1所述的一种悬臂梁偏转位移测量装置，其特征是，所述悬臂梁的截面形状为圆形、椭圆形、卵形、规则多边形或不规则多边形。
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| JP4200147B2 (ja) * | 2005-06-09 | 2008-12-24 | Ｔｄｋ株式会社 | 微細構造体、カンチレバー、走査型プローブ顕微鏡及び微細構造体の変形量測定方法 |
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