CN109782027A - 一种基于光纤通道的微悬臂梁阵列循环扫描系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于光纤转台的微悬臂梁阵列循环扫描系统，其特征是：包括激光器、光纤、激光头、电机、摆臂、光纤通道、微悬臂梁阵列、基体夹持台、光电位置敏感探测器、数据采集卡、计算机；所述激光器通过光纤与激光头相连，所述激光头通过摆臂与电机相连，所述激光头前方放置光纤通道，所述微悬臂梁阵列固定在基体夹持台上，所述微悬臂梁阵列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；本发明利用电机带动摆臂上的激光头做圆周运动，使激光光束通过光纤通道从M个光纤激光入射口到达M个光纤激光出射口，投射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。
Description
技术领域
本发明涉及微悬臂梁扫描领域，具体是一种基于光纤通道的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机电系统出现后迅速发展起来的一种新的传感方法。微悬臂梁传感器一直是微纳传感技术研究的热点。微悬臂梁传感器可以对具有特异性的生化反应参数进行实时测量，当微悬臂梁表面上发生生化反应时，微悬臂梁的上下表面应力差改变并使微悬臂梁产生弯曲变形。通过激光照射微悬臂梁自由端，利用光杆杆法对每根微悬臂梁的端部位移进行放大后利用光电位置敏感探测器对信号进行探测，进而对微悬臂梁表面发生的生化反应进行研究。微悬臂梁传感器作为一种可以实时、高灵敏度、选择性好和非标定的新型传感方法应用在气体压力、溶液中的重金属离子、抗生素、基因检测、蛋白质构象转变、抗原抗体结合反应和酶的催化过程等方面的检测。
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。
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。
在公布号为CN105548011的专利文献中公开了“一种基于光纤阵列的微悬臂梁阵列生化传感”，其采用的光导纤维与半导体激光器一对一耦合连接，光导纤维与半导体的数量相同且末端发出的激光对应于微梁阵列各悬臂梁尖端。该方法利用密排的与激光器耦合的光导纤维束作为光源，实现了多光束对微梁阵列周期扫描探测，扫描过程中无任何机械移动，可以实现对微梁阵列上生化反应信息的高灵敏度、快速、实时、并行检测；但采用多个激光器不能保证激光光束投照到每根微悬臂梁自由端的光强相同，不能保证条件一致，产生误差。
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，提供一种基于光纤通道的微悬臂梁阵列扫描系统，通过同一激光束对微悬臂梁阵列进行扫描，保证了微悬臂梁阵列中各根微悬臂梁上照射光斑的一致性。
本发明实现发明目的采用如下技术方案：
本发明一种基于光纤通道的微悬臂梁阵列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：包括激光器、光纤、激光头、电机、摆臂、光纤通道、微悬臂梁阵列、基体夹持台、光电位置敏感探测器、数据采集卡、计算机；
所述激光器通过光纤与激光头相连，所述激光头通过摆臂与电机相连，所述激光头前方放置光纤通道，所述微悬臂梁阵列固定在基体夹持台上，所述微悬臂梁阵列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。
本发明一种基于光纤通道的微悬臂梁阵列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M个扫描单元的共用激光光源；针对M根微悬臂梁自由端在光纤通道内部设置M个光纤，M个光纤对应着M个光纤激光入射口和M个光纤激光出射口，所述M个光纤激光出射口一一对应M个微悬臂梁自由端的实际位置，M个光纤激光入射口在光纤通道的另一侧呈圆周排列且平分圆周；
电机带动摆臂上的激光头做圆周运动，使激光光束依次入射到M个光纤激光入射口并一一对应经过M条光纤到达M个光纤激光出射口，再经M个光纤激光出射口一一对应地投射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。
本发明一种基于光纤通道的微悬臂梁阵列扫描系统的结构特点也在于：所述微悬臂梁阵列中M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，微悬臂梁阵列与水平面平行。
本发明一种基于光纤通道的微悬臂梁阵列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。
本发明一种基于光纤通道的微悬臂梁阵列扫描系统的结构特点也在于：激光光束照射在微悬臂梁的自由端表面反射后进入光电位置敏感探测器的接收靶面，微悬臂梁产生弯曲时反射的激光束会在探测器的表面移动，光斑的位移正比于梁的弯曲，这个位移经过光臂的放大由光电位置敏感探测器的感光靶面检测，产生电压信号通过数据采集卡进入计算机进行实时监控和处理。
与已有技术相比，本发明有益效果体现在：
1)本发明使用一个激光器，能够保证激光光束投照到每根微悬臂梁自由端的能量相同，保证条件一致，从而提高精度；
2)本发明设计的光纤通道，其光纤激光入射口呈圆周排列，半径可随实际情况进行调整；
3)本发明利用电机带动激光头按照一个方向循环转动，通过光纤通道实现光路自动切换且循环扫描，激光扫描时间可由电机旋转的速度进行控制。
附图说明
图1是本发明整体结构示意图。
图2是本发明中第二微悬臂梁激光投射示意图。
图3是本发明中光纤通道光纤激光入射口正视图。
图4是本发明中光纤通道光纤激光出射口正视图。
图5是本发明中光纤通道内部部分结构示意图。
图中标号：1激光器、2光纤、3激光头、4电机、5摆臂、6光纤通道、7微悬臂梁阵列、8基体夹持台、9光电位置敏感探测器、10数据采集卡、11计算机。
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光纤通道的微悬臂梁阵列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：包括激光器1、光纤2、激光头3、电机4、摆臂5、光纤通道6、微悬臂梁阵列7、基体夹持台8、光电位置敏感探测器9、数据采集卡10、计算机11；
所述激光器1通过光纤2与激光头3相连，所述激光头3通过摆臂5与电机4相连，所述激光头3前方放置光纤通道6，所述微悬臂梁阵列7固定在基体夹持台8上，所述微悬臂梁阵列7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10连接，所述数据采集卡10与计算机11连接。
以固定设置的同一激光器1作为八个扫描单元的共用激光光源；针对八根微悬臂梁自由端在光纤通道内部设置八个光纤，八个光纤对应着八个光纤激光入射口和八个光纤激光出射口，所述八个光纤激光出射口一一对应八个微悬臂梁自由端的实际位置，八个光纤激光入射口在光纤通道6的另一侧呈圆周排列且平分圆周；
电机4带动摆臂5上的激光头3做圆周运动，使激光光束依次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射在微悬臂梁阵列7中各微悬臂梁的自由端，构成微悬臂梁阵列扫描系统。
如图1所示，所述微悬臂梁阵列7中八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，微悬臂梁阵列7与水平面平行。
本实施例中，八个光纤设置在光纤通道6的内部，对应于八个光纤设置的八个光纤激光入射口在光纤通道6上表面的同一圆周且平分圆周，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光纤台下表面的不同位置。电机4带动摆臂5上的激光头3做圆周运动，使激光光束依次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射在微悬臂梁阵列7中各微悬臂梁的自由端。
参见图1，激光器1发出的激光光束入射到第一光纤激光入射口611，接着激光光束经过第一光纤61到达第一光纤激光出射口612，激光光束经第一光纤激光出射口612投射到第一微悬臂梁71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的接收靶面，微悬臂梁产生弯曲时反射的激光束会在探测器的表面移动，光斑的位移正比于梁的弯曲，这个位移经过光臂的放大由光电位置敏感探测器9的感光靶面检测，产生电压信号通过数据采集卡10进入计算机11进行数据处理并显示第一微悬臂梁71的形变曲线。
参见图2，电机4带动摆臂5上的激光头3转过一定角度，激光器1发出的激光光束入射到第二光纤激光入射口621.接着激光光束经过第二光纤62到达第二光纤激光出射口622，激光光束经第二光纤激光出射口622投射到第二微悬臂梁62的自由端。
按照以上的方式继续电机4带动摆臂5上的激光头3做圆周运动，实现自第一微悬臂梁至第八微悬臂梁的扫描，循环驱动激光头3转动，即可实现对微悬臂梁阵列7的循环扫描。
参见图3、图4和图5，光纤通道上表面的八根光纤激光入射口6M1呈圆周排列且平分圆周，光纤通道下表面的光纤激光出射口6M2呈线性排列且与微悬臂梁八根自由端一一对应，保证激光光束从光纤激光入射口进入后，经过光纤通道6从光纤激光出射口依次投射到微悬臂梁阵列7的各自由端上。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。
Claims (5)
1.一种基于光纤通道的微悬臂梁阵列扫描系统，其特征在于：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：包括激光器、光纤、激光头、电机、摆臂、光纤通道、微悬臂梁阵列、基体夹持台、光电位置敏感探测器、数据采集卡、计算机；
所述激光器通过光纤与激光头相连，所述激光头通过摆臂与电机相连，所述激光头前方放置光纤通道，所述微悬臂梁阵列固定在基体夹持台上，所述微悬臂梁阵列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。
2.根据权利要求1所述的一种基于光纤通道的微悬臂梁阵列扫描系统，其特征在于：以固定设置的同一激光器作为M个扫描单元的共用激光光源；针对M根微悬臂梁自由端在光纤通道内部设置M个光纤，M个光纤对应着M个光纤激光入射口和M个光纤激光出射口，所述M个光纤激光出射口一一对应M个微悬臂梁自由端的实际位置，M个光纤激光入射口在光纤通道的另一侧呈圆周排列且平分圆周；
电机带动摆臂上的激光头做圆周运动，使激光光束依次入射到M个光纤激光入射口并一一对应经过M条光纤到达M个光纤激光出射口，再经M个光纤激光出射口一一对应地投射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。
3.根据权利要求1所述的一种基于光纤通道的微悬臂梁阵列扫描系统，其特征在于：所述微悬臂梁阵列中M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，微悬臂梁阵列与水平面平行。
4.根据权利要求1所述的一种基于光纤通道的微悬臂梁阵列扫描系统，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所述的一种基于光纤通道的微悬臂梁阵列扫描系统，其特征在于：激光光束照射在微悬臂梁的自由端表面反射后进入光电位置敏感探测器的接收靶面，微悬臂梁产生弯曲时反射的激光束会在探测器的表面移动，光斑的位移正比于梁的弯曲，这个位移经过光臂的放大由光电位置敏感探测器的感光靶面检测，产生电压信号通过数据采集卡进入计算机进行实时监控和处理。
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