CN108303034B - 一种基于转台的动态微悬臂梁阵列循环扫描系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于转台的动态微悬臂梁阵列循环扫描系统，其特征是包括激光器、转台、微悬臂梁阵列、压电陶瓷驱动器、函数信号发生器、光电位置敏感探测器、数据采集卡、计算机；所述激光器垂直于转台上表面安装，所述转台下方安装微悬臂梁阵列且微悬臂梁阵列固定在压电陶瓷驱动器表面，所述压电陶瓷驱动器与函数信号发生器连接，所述函数信号发生器与计算机连接，所述微悬臂梁阵列的斜上方安装有光电位置敏感探测器，所述光电位置敏感探测器与数据采集卡连接，所述数据采集卡与计算机连接；本发明利用转台按照一个方向循环转动对微悬臂梁阵列进行循环扫描，实现了光路自动切换且不会出现卡顿现象，而且光纤安装在转台内部节省了空间。

Description

一种基于转台的动态微悬臂梁阵列循环扫描系统

技术领域

本发明涉及微悬臂梁扫描领域，具体是一种基于转台的动态微悬臂梁阵列循环扫描系统。

背景技术

随着科技的发展，传感技术也越来越成熟，其中微悬臂梁传感技术已经在生物和化学领域得到了应用。但是目前比较成熟的微悬臂梁传感技术是使用单根的微悬臂梁，在进行多个单根微悬臂梁的检测时，由于环境因素的差异会导致检测结果产生误差。而利用微悬臂梁阵列来进行检测可以有效地减小这一误差，因为微悬臂梁阵列本身可以提供实验需要的参考梁，环境条件相同。因此，对微悬臂梁阵列进行研究是非常必要的。

微悬臂梁传感器具有动态模式和静态模式两种工作模式，其中微悬臂梁传感器静态工作模式已广泛用于气体和液体环境的生物、化学检测中,但是这种检测方法对环境温度变化敏感,灵敏度比较低,检测效果欠佳。而微悬臂梁传感器动态工作模式比其静态工作模式更具有优势，因为动态模式下，可以通过测量微悬臂梁的频率进行相关检测。温度的变化对动态模式下的微悬臂梁传感器影响较小，在温度发生变化时，动态模式的微悬臂梁传感器比其静态模式灵敏度更高，检测效果更好，所以研究动态微悬臂梁传感技术更具有前景。

在公开号为CN203758529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”，其采用音圈电机带动平面镜进行往复式摆动使激光器发射出来的激光束进行往复平动或转动实现对阵列上的每根梁的扫描，该系统结构简单，容易实现；但音圈电机带动平面镜进行往复式摆动，当扫描到最后一根微悬臂梁再次进行往复扫描时会出现卡顿现象。

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，提供一种基于转台的动态微悬臂梁阵列循环扫描系统，本发明利用转台按照一个方向循环转动对微悬臂梁阵列进行循环扫描，实现了光路自动切换且不会出现卡顿现象，本发明在转台内部利用光纤进行激光传输，光纤安装在转台内部节省了空间。

本发明为解决技术问题采用如下技术方案：

本发明一种基于转台的动态微悬臂梁阵列循环扫描系统的结构特点是：设置由N个扫描单元所构成的循环扫描系统的结构形式为：包括激光器、转台、微悬臂梁阵列、压电陶瓷驱动器、函数信号发生器、光电位置敏感探测器、数据采集卡、计算机；

所述激光器垂直于转台上表面安装，所述转台下方安装微悬臂梁阵列且微悬臂梁阵列固定在压电陶瓷驱动器表面，所述压电陶瓷驱动器与函数信号发生器连接，所述函数信号发生器与计算机连接，所述微悬臂梁阵列的斜上方安装有光电位置敏感探测器，所述光电位置敏感探测器与数据采集卡连接，所述数据采集卡与计算机连接。

所述微悬臂梁阵列由N根微悬臂梁构成，微悬臂梁阵列是由压电陶瓷驱动器进行驱动，构成动态微悬臂梁阵列，压电陶瓷驱动器的驱动信号来自函数信号发生器，且可以通过调节函数信号发生器的参数改变驱动信号，进而改变微悬臂梁阵列的频率。

本发明一种基于转台的动态微悬臂梁阵列循环扫描系统的结构特点也在于：

以固定设置的同一激光器作为N个扫描单元的共用激光光源，所述激光器呈垂直状态发射出激光光束；针对N根微悬臂梁在转台内部一一对应设置N个光纤，针对N个光纤一一对应设置N个光纤激光入射口和N个光纤激光出射口，所述N个光纤激光出射口和N个光纤激光入射口共同固定安装在同一转台上，N个光纤激光入射口设置在转台上表面同一圆周上且平分圆周，N个光纤激光出射口一一对应N个微悬臂梁设置在转台下表面不同位置，驱动转台转动，使N个光纤激光入射口随着转台的转动逐一地处在所述激光器发射的激光束的光路中，使激光光束分别入射到N个光纤激光入射口并一一对应经过N条光纤到达N个光纤激光出射口，再经N个光纤激光出射口一一对应地投照在微悬臂梁阵列中各微悬臂梁的自由端，构成动态微悬臂梁阵列扫描系统，驱动转台循环转动，激光经转台上光纤激光人射口和光纤激光出射口一一对应投射到各微悬臂梁尖端，实现对动态微悬臂梁阵列的循环扫描。

本发明一种基于转台的动态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N个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上,且各微悬臂梁的自由端与水平面夹角为45°。

本发明一种基于转台的动态微悬臂梁阵列循环扫描系统的结构特点也在于：

所述光纤激光入射口的横截面与激光器发射出的激光束的光斑大小相等，各光纤激光出射口的直径与微悬臂梁的宽度相同。

本发明一种基于转台的动态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。

本发明一种基于转台的动态微悬臂梁阵列循环扫描系统的结构特点也在于：

所述光电位置敏感探测器用于检测微悬臂梁反射的激光点在光电位置敏感探测器表面的位置，并把光信号转换为电信号传输给数据采集卡，所述数据采集卡把模拟电信号转换为数字信号传输给计算机处理并显示微悬臂梁的频率和形变曲线。

本发明和现有技术相比，其有益效果体现在：

1、本发明转台按照一个方向循环转动，实现了光路自动切换；

2、本发明利用转台按照一个方向循环转动对微悬臂梁阵列进行循环扫描不

会出现卡顿现象；

3、本发明光纤安装在转台内部节省了空间。

附图说明

图1是本发明结构示意图；

图2是本发明中第二微悬臂梁激光投射示意图；

图3是本发明中第三微悬臂梁激光投射示意图；

图4是本发明中第八光纤和第一至第四光纤在转台内部结构示意图；

图5是本发明中第五至第七光纤在转台内部结构示意图。

图中标号：1激光器、2激光器发射光束、3转台、31第一光纤、311第一光纤激光入射口、312第一光纤激光出射口、313第一光纤激光出射口投射到第一微悬臂梁的激光、32第二光纤、321第二光纤激光入射口、322、第二光纤激光出射口、323第二光纤激光出射口投射到第二微悬臂梁的激光、33第三光纤、331第三光纤激光入射口、332第三光纤激光出射口、333第三光纤激光出射口投射到第三微悬臂梁的激光、34第四光纤、35第五光纤、36第六光纤、37第七光纤、38第八光纤、4微悬臂梁阵列、41第一微悬臂梁、411第一微悬臂梁反射到光电位置敏感探测器的激光、42第二微悬臂梁、421第二微悬臂梁反射到光电位置敏感探测器的激光、43第三微悬臂梁、431第三微悬臂梁反射到光电位置敏感探测器的激光、5压电陶瓷驱动器、6函数信号发生器、7计算机、8数据采集卡、9光电位置敏感探测器。

具体实施方式

以下通过具体实施例对本发明做进一步解释说明。

参见图1、图2、图3、图4、图5，本实施例中一种基于转台的动态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：包括激光器1、转台3、微悬臂梁阵列4、压电陶瓷驱动器5、函数信号发生器6、光电位置敏感探测器9、数据采集卡8、计算机7；

所述激光器1垂直于转台3上表面安装，所述转台3下方安装微悬臂梁阵列4且微悬臂梁阵列4固定在压电陶瓷驱动器5表面，所述压电陶瓷驱动器5与函数信号发生器6连接，所述函数信号发生器6与计算机7连接，所述微悬臂梁阵列4的斜上方安装有光电位置敏感探测器9，所述光电位置敏感探测器9与数据采集卡8连接，所述数据采集卡8与计算机7连接。

微悬臂梁阵列4由八根微悬臂梁构成，微悬臂梁阵列4是由压电陶瓷驱动器5进行驱动，构成动态微悬臂梁阵列，压电陶瓷驱动器5的驱动信号来自函数信号发生器6，且可以通过调节函数信号发生器6的参数改变驱动信号，进而改变微悬臂梁阵列4的频率。

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，所述激光器1波长为632-780nm的单色光源；针对八根微悬臂梁一一对应设置八根光纤；八根光纤共同设置在同一只转台3内部的不同位置，对应于激光器1在转台3的上表面同一圆周一一对应八根光纤安装八个光纤激光入射口，在转台3的下表面设置八个光纤激光出射口，且八个光纤激光出射口一一对应于八根微悬臂梁；驱动转台3转动，使八个光纤激光入射口随着转台3的转动逐一地处在激光器1发射出的激光束的光路中，并且激光束分别入射到八个光纤激光入射口并一一对应经过八条光纤到达八个光纤激光出射口，再经八个光纤激光出射口一一对应地投照在微悬臂梁阵列4中各微悬臂梁的自由端，构成动态微悬臂梁阵列扫描系统，驱动转台3的循环转动，实现对动态微悬臂梁阵列4的循环扫描。

如图1所示，本实施例中，微悬臂梁阵列4中八根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上,且各微悬臂梁的自由端与水平面夹角为45°，在微悬臂梁阵列4底部安装压电陶瓷驱动器5，压电陶瓷驱动器5由函数信号发生器6产生的驱动信号进行驱动。

本实施例中，八个光纤设置在转台3的内部，对应于八个光纤设置的八个光纤激光入射口在转台3上表面的同一圆周上且平分圆周，而八个光纤激光出射口则根据不同的微悬臂梁的位置设置在转台3下表面的不同位置。驱动转台3转动，使八个光纤激光入射口随着转台3的转动逐一地处在所述激光器1发射的激光束的光路中，使激光光束分别入射到八个光纤激光入射口并一一对应经过八条光纤到达八个光纤激光出射口，再经八个光纤激光出射口一一对应地投照在微悬臂梁阵列4中各微悬臂梁的自由端。

本实施例中，在转台3上设置光纤激光入射口和光纤激光出射口，包括第一光纤激光入射口311、第一光纤激光出射口312、第二光纤激光入射口321、第二光纤激光出射口322、第三光纤激光入射口331、第三光纤激光出射口332，以及第四至第八光纤激光入射口和光纤激光出射口，光纤激光入射口的横截面与激光器1发射出的激光束的光斑大小相等，各光纤激光出射口的直径与微悬臂梁的宽度相同。

本实施例中，光电位置敏感探测器9用于检测微悬臂梁反射的激光点在光电位置敏感探测器9表面的位置，并把光信号转换为电信号传输给数据采集卡8，数据采集卡8把模拟电信号转换为数字信号传输给计算机7处理并显示微悬臂梁的频率和形变曲线。

图1所示为激光器1发出的激光光束入射到第一光纤激光入射口311，接着激光束经过第一光纤31到达第一光纤激光出射口312，激光束经第一光纤激光出射口312投射到第一微悬臂梁41的自由端，该微悬臂梁自由端的反射的激光光束投射到光电位置敏感探测器9上，经光电位置敏感探测器9把光信号转换为电信号传输给数据采集卡8，进而数据采集卡8把模拟信号转换为数字信号发送给计算机7进行数据处理并显示第一微悬臂梁41的频率和形变曲线。

图2所示为转台3步进式转过一角度，激光器1发出的激光光束入射到第二光纤激光入射口321，接着激光束经过第二光纤32到达第二光纤激光出射口322，激光束经第二光纤激光出射口322投射到第二微悬臂梁42的自由端。

图3所示为转台3继续步进式转动，激光器1发出的激光光束入射到第三光纤激光入射口331，接着激光束经过第三光纤33到达第三光纤激光出射口332，激光束经第三光纤激光出射口332投射到第三微悬臂梁43的自由端。

按以上方式继续步进式驱动转台3转动，实现自第一微悬臂梁至第八微悬臂梁的扫描；循环驱动转台3转动，即可实现对动态微悬臂梁阵列4的循环扫描。

Claims (6)

1.一种基于转台的动态微悬臂梁阵列循环扫描系统，其特征在于：包括激光器、转台、微悬臂梁阵列、压电陶瓷驱动器、函数信号发生器、光电位置敏感探测器、数据采集卡、计算机；

所述激光器垂直于转台上表面安装，所述转台下方安装微悬臂梁阵列且微悬臂梁阵列固定在压电陶瓷驱动器表面，所述压电陶瓷驱动器与函数信号发生器连接，所述函数信号发生器与计算机连接，所述微悬臂梁阵列的斜上方安装有光电位置敏感探测器，所述光电位置敏感探测器与数据采集卡连接，所述数据采集卡与计算机连接；

以固定设置的同一激光器作为N个扫描单元的共用激光光源，所述激光器呈垂直状态发射出激光光束；针对N根微悬臂梁在转台内部一一对应设置N个光纤，针对N个光纤一一对应设置N个光纤激光入射口和N个光纤激光出射口，所述N个光纤激光出射口和N个光纤激光入射口共同固定安装在同一转台上，N个光纤激光入射口设置在转台上表面同一圆周上且平分圆周，N个光纤激光出射口一一对应N个微悬臂梁设置在转台下表面不同位置，驱动转台转动，使N个光纤激光入射口随着转台的转动逐一地处在所述激光器发射的激光束的光路中，使激光光束分别入射到N个光纤激光入射口并一一对应经过N条光纤到达N个光纤激光出射口，再经N个光纤激光出射口一一对应地投照在微悬臂梁阵列中各微悬臂梁的自由端，构成动态微悬臂梁阵列扫描系统，驱动转台循环转动，激光经转台上光纤激光人射口和光纤激光出射口一一对应投射到各微悬臂梁尖端，实现对动态微悬臂梁阵列的循环扫描。

2.根据权利要求1所述的一种基于转台的动态微悬臂梁阵列循环扫描系统，其特征在于：所述微悬臂梁阵列由N根微悬臂梁构成，微悬臂梁阵列是由压电陶瓷驱动器进行驱动，构成动态微悬臂梁阵列，压电陶瓷驱动器的驱动信号来自函数信号发生器，且可以通过调节函数信号发生器的参数改变驱动信号，进而改变微悬臂梁阵列的频率。

3.根据权利要求1或2所述的一种基于转台的动态微悬臂梁阵列循环扫描系统，其特征在于：所述微悬臂梁阵列中N个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上，且各微悬臂梁的自由端与水平面夹角为45°。

4.根据权利要求1所述的一种基于转台的动态微悬臂梁阵列循环扫描系统，其特征在于：所述光纤激光入射口的横截面与激光器发射出的激光束的光斑大小相等，各光纤激光出射口的直径与微悬臂梁的宽度相同。

5.根据权利要求1或4所述的一种基于转台的动态微悬臂梁阵列循环扫描系统，其特征在于：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。

6.根据权利要求1所述的一种基于转台的动态微悬臂梁阵列循环扫描系统，其特征在于：所述光电位置敏感探测器用于检测微悬臂梁反射的激光点在光电位置敏感探测器表面的位置，并把光信号转换为电信号传输给数据采集卡，所述数据采集卡把模拟电信号转换为数字信号传输给计算机处理并显示微悬臂梁的频率和形变曲线。