CN106645801A - 一种微悬臂梁阵列循环扫描系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种微悬臂梁阵列循环扫描系统，其特征是：以固定设置的同一只激光器作为M个扫描单元的共用激光光源，激光器固定地呈水平发出激光光束；以M根微悬臂梁构成微悬臂梁阵列，针对M根微悬臂梁一一对应设置M只平面反射镜；M只平面反射镜共同固定设置在同一只转动台的不同位置上；驱动转动台的转动，使M只平面反射镜随着转动台的转动逐一地处在所述激光光束的光路中，并在M只平面反射镜上逐一地形成不同位置上的M束反射光，且一一对应地投照在微悬臂梁阵列中各微悬臂梁的自由端，构成微悬臂梁阵列扫描系统，驱动转动台循环转动，实现对微悬臂梁阵列的循环扫描。本发明系统搭建简单且易于控制，精度高。

Description

一种微悬臂梁阵列循环扫描系统
技术领域
本发明属于微梁扫描系统领域，特别涉及一种微悬臂梁阵列循环扫描系统。
背景技术
微悬臂梁传感技术是在原子力显微镜和微系统出现后迅速发展起来的一种传感方法，作为最简单的微机械元件，一直是微纳传感技术研究热点。目前大量使用的单根微悬臂梁生化传感器由于每次只能用一根实验，浪费了大量时间；并且由于生化反应的中需要参照样对照，这就是将多根微梁在同样环境进行实验，就迫切需要实现多根微梁检测研究；利用一根激光器对微梁阵列进行照射并检测每根微梁的弯曲信号是当前国内外研究热点。
在公开号为CN101278357A的专利文献中公开了一种“微机械及纳米机械结构进行检测的系统及方法”，其采用音圈电机带动激光器实现对阵列上的每根梁的扫描；但是，激光器长时间运动会给系统带来一些不稳定因素；若是带动池子运动则对系统音圈电机带来更高的要求，更使在池子中的反应溶液中粒子运动带来数据上的不稳定性。
申请号为2014200942732的专利文献中公开了一种“基于平面镜反射的微悬臂梁阵列传感器的微悬臂梁偏转检测系统”；提出了利用激光空中变向实现对阵列微梁偏转的扫描和检测，实现了激光器和微悬臂梁的固定，因而在一定程度上消除了由于运动而带来的不稳定因素，但其存在音圈电机的往复平动，这对音圈电机在稳定性上提出了更高的要求，同时音圈电机的往复平动带来信号处理上的不便和信号识别困难。
申请号为2014100755444的专利文献中公开了一种“基于多角度平面透射镜的微悬臂梁阵列传感器的微悬臂梁偏转扫描系统及扫描方法”，同样是利用激光空中变向实现对阵列微梁偏转的扫描和检测，利用步进电机带动可以透射的玻璃实现对微梁的往复扫描，但经过玻璃透射后会导致照射到每根微梁上的能量的不同，造成实验条件的不一致性。
因此，有必要开发出一种能够使得对微梁扫描时照射到每根微梁上能量相同，能更精确定位，实现平稳循环扫描的微悬臂梁阵列系统。
发明内容
本发明是为避免上述现有技术所存在的不足之处，提供一种微悬臂梁阵列循环扫描系统，使得在对微梁扫描时照射到每根微梁上的能量相同，获得更加精确的定位，实现平稳循环扫描。
本发明为解决技术问题采用如下技术方案：
本发明微悬臂梁阵列循环扫描系统的结构特点是：设置由M个扫描单元所构成的循环扫描系统的结构形式为：
以固定设置的同一只激光器作为M个扫描单元的共用激光光源，所述激光器固定地呈水平发出激光光束；
以M根微悬臂梁构成微悬臂梁阵列，针对M根微悬臂梁一一对应设置M只平面反射镜；所述M只平面反射镜共同固定设置在同一只转动台的不同位置上；驱动转动台的转动，使M只平面反射镜随着转动台的转动逐一地处在所述激光光束的光路中，并在所述M只平面反射镜上逐一地形成不同位置上的M束反射光，所述M束反射光逐一地且一一对应地投照在微悬臂梁阵列中各微悬臂梁的自由端，构成微悬臂梁阵列扫描系统，驱动转动台循环转动，经转动台上平面反射镜的反射，实现对微悬臂梁阵列的循环扫描。
本发明微悬臂梁阵列循环扫描系统的结构特点也在于：
所述微悬臂梁阵列中M只微悬臂梁间隔且并列设置，各微悬臂梁的自由端处在同一直线A上，所述直线A与所述激光光束的方向平行；
所述M只平面反射镜围绕转动台的外周固定安装，各平面反射镜在转动台上具有各自不同的径向位置；驱动转动台步进式转动能够使激光光束逐一地在各平面反射镜上形成入射角为45°的入射光，并在所述M只平面反射镜上逐一地形成出射角亦为45°的出射光，所述出射光竖直向下；根据各微悬臂梁的间隔距离，设置各平面反射镜在转动台上各自所处的径向位置，使M束反射光逐一地且一一对应地投照在微悬臂梁阵列中各微悬臂梁的自由端。
本发明微悬臂梁阵列循环扫描系统的结构特点也在于：在所述平面反射镜与微悬臂梁之间设置出射光遮光板，在所述出射光遮光板上与微悬臂梁阵列中各微悬臂梁的自由端一一对应地设置反射光透光孔，使反射光按反射光透光孔的直径投向微悬臂梁的自由端，设置所述反射光透光孔的直径与微悬臂梁的自由端的宽度相等。
本发明微悬臂梁阵列循环扫描系统的结构特点也在于：所述激光器为半导体激光器，激光光源是波长为632-780nm的单色光源。
与已有技术相比，本发明有益效果体现在：
1、本发明利用转动台的转动实现系统循环扫描，系统搭建简单且易于控制；
2、本发明能够保证激光光束投照到每根微悬臂梁自由端的能量为相同，从而提高精度。
3、本发明设置透光孔能有效避免连续扫描带来的光干扰。
附图说明
图1为本发明结构示意图；
图2为本发明中第二微悬臂梁激光投射示意图；
图3为本发明中第三微悬臂梁激光投射示意图；
图中标号：1激光器、21第一反光镜、22第二反光镜、23第三反光镜、4反射光遮光板、51第一透光孔、52第二透光孔，53第三遮光孔、61第一微悬臂梁、62第二微悬臂梁、63第三微悬臂梁、7光电位置敏感探测器、8数据采集卡、9计算机、10转动台。
具体实施方式
参见图1、图2和图3，本实施例中微悬臂梁阵列循环扫描系统的结构形式是：设置由八个扫描单元所构成的循环扫描系统的结构形式为：
以固定设置的同一只激光器1作为八个扫描单元的共用激光光源，激光器1固定地呈水平发出激光光束，激光器1为半导体激光器，激光光源是波长为632-780nm的单色光源。
以八根微悬臂梁构成微悬臂梁阵列，针对八根微悬臂梁一一对应设置八只平面反射镜；八只平面反射镜共同固定设置在同一只转动台10的不同位置上；驱动转动台10的转动，使八只平面反射镜随着转动台10的转动逐一地处在激光光束的光路中，并在八只平面反射镜上逐一地形成不同位置上的八束反射光，八束反射光逐一地且一一对应地投照在微悬臂梁阵列中八根微悬臂梁的自由端，构成微悬臂梁阵列扫描系统，驱动转动台10的循环转动，经转动台10上平面反射镜的反射，实现对微悬臂梁阵列的循环扫描。
如图1所示，本实施例中，微悬臂梁阵列中八只微悬臂梁间隔且并列设置，各微悬臂梁的自由端处在同一直线A上，直线A与激光光束的方向平行。
本实施例中，八只平面反射镜围绕转动台10的外周固定安装，各平面反射镜在转动台10上具有各自不同的径向位置；驱动转动台10步进式转动能够使激光光束逐一地在各平面反射镜上形成入射角为45°的入射光，并在八只平面反射镜上逐一地形成出射角亦为45°的出射光，出射光竖直向下；根据各微悬臂梁的间隔距离，设置各平面反射镜在转动台10上各自所处的径向位置，使八束反射光逐一地且一一对应地投照在微悬臂梁阵列中八根微悬臂梁的自由端；在平面反射镜与微悬臂梁之间设置出射光遮光板4，在出射光遮光板4上与微悬臂梁阵列中各微悬臂梁的自由端一一对应地设置反射光透光孔，使反射光按反射光透光孔的直径投向微悬臂梁的自由端，设置反射光透光孔的直径与微悬臂梁的自由端的宽度相等。
本实施例设置在反射光遮光板4上各透光孔包括第一透光孔51、第二透光孔52、第三透光孔53，以及第四至第八透光孔，各透光孔的直径与微悬臂梁的宽度相同，相邻透光孔之间的间距与相邻微悬臂梁的间距相等。
图1所示为激光器1发出的激光光束投向第一平面反光镜21，在第一平面反光镜21上形成竖直向下的第一反射光，第一反射光经遮光板4上的第一透光孔51投照第一微悬臂梁61的自由端。
图2所示为转动台10步进式转过一角度，激光器1发出的激光光束投向第二平面反光镜22，在第二平面反光镜22上形成竖直向下的第二反射光，第二反射光经遮光板4上的第二透光孔52投照第二微悬臂梁62的自由端。
图3所示为转动台10继续步进式转动，使激光器1发出的激光光束投向第三平面反光镜23，在第三平面反光镜23上形成竖直向下的第三反射光，第三反射光经遮光板4上的第三透光孔53投照第三微悬臂梁63的自由端。
按以上方式继续步进式驱动转动台10的转动，实现自第一微悬臂梁至第八微悬臂梁的扫描；循环驱动转动台10的转动，即可实现各微悬臂梁的循环扫描。
图1示出，本实施例中，对于各微悬臂梁的自由端的反射光斑利用光电位置敏感探测器7进行接收，并经数据采集卡8进行数据采集，利用计算机9对于由数据采集卡8获得的采集数据进行处理，从而实现对于各微悬臂梁进行实时监测。

Claims (4)

1.一种微悬臂梁阵列循环扫描系统，其特征是：设置由M个扫描单元所构成的循环扫描系统的结构形式为：
以固定设置的同一只激光器(1)作为M个扫描单元的共用激光光源，所述激光器(1)固定地呈水平发出激光光束；
以M根微悬臂梁构成微悬臂梁阵列，针对M根微悬臂梁一一对应设置M只平面反射镜；所述M只平面反射镜共同固定设置在同一只转动台(10)的不同位置上；驱动转动台(10)的转动，使M只平面反射镜随着转动台(10)的转动逐一地处在所述激光光束的光路中，并在所述M只平面反射镜上逐一地形成不同位置上的M束反射光，所述M束反射光逐一地且一一对应地投照在微悬臂梁阵列中各微悬臂梁的自由端，构成微悬臂梁阵列扫描系统，驱动转动台(10)循环转动，经转动台(10)上平面反射镜的反射，实现对微悬臂梁阵列的循环扫描。
2.根据权利要求1所述的微悬臂梁阵列循环扫描系统，其特征是：
所述微悬臂梁阵列中M只微悬臂梁间隔且并列设置，各微悬臂梁的自由端处在同一直线A上，所述直线A与所述激光光束的方向平行；
所述M只平面反射镜围绕转动台的外周固定安装，各平面反射镜在转动台上具有各自不同的径向位置；驱动转动台步进式转动能够使激光光束逐一地在各平面反射镜上形成入射角为45°的入射光，并在所述M只平面反射镜上逐一地形成出射角亦为45°的出射光，所述出射光竖直向下；根据各微悬臂梁的间隔距离，设置各平面反射镜在转动台上各自所处的径向位置，使M束反射光逐一地且一一对应地投照在微悬臂梁阵列中各微悬臂梁的自由端。
3.根据权利要求1或2所述的微悬臂梁阵列循环扫描系统，其特征是：在所述平面反射镜与微悬臂梁之间设置出射光遮光板(4)，在所述出射光遮光板(4)上与微悬臂梁阵列中各微悬臂梁的自由端一一对应地设置反射光透光孔，使反射光按反射光透光孔的直径投向微悬臂梁的自由端，设置所述反射光透光孔的直径与微悬臂梁的自由端的宽度相等。
4.根据权利要求1或2所述的微悬臂梁阵列循环扫描系统，其特征是所述激光器为半导体激光器，激光光源是波长为632-780nm的单色光源。
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