CN113739827B - 一种动态微悬臂梁固定装置及其检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种动态微悬臂梁固定装置及其检测方法，涉及微机电系统技术领域，包括光学检测模块和悬臂梁固定模块；光学检测模块包括激光器、光阑、第一分光棱镜、第二分光棱镜、物镜、滤光片、成像透镜、CCD相机、光电位置敏感探测器、数据采集卡、驱动信号发生模块；悬臂梁固定模块包括精密微动台、转接板、L形支架、压电陶瓷片、缓冲接触件、微梁固定座、微梁限位钢片、不锈钢压片；光学检测模块安装在光学笼式系统平板上，光学平板通过立柱呈垂直状态固定在隔震台上；悬臂梁固定模块放置于隔震台；光电位置敏感探测器与数据采集卡相连，数据采集卡与计算机连接；本发明易于调试，用于微悬臂梁静态、动态模式下的检测，便于分析研究。
Description
技术领域
本发明涉及微悬臂梁传感技术领域，具体来说涉及一种动态微悬臂梁固定装置及其光学检测方法。
背景技术
微悬臂梁传感技术是随着原子力显微镜和微机电系统(MEMS,Micro-Electro-Mechanical System)发展起来的一种传感检测技术，在生物、化学和医学等领域得到了广泛应用。
微悬臂梁传感器常见的两种工作模式分为静态模式(弯曲模式)和动态模式(谐振模式)。静态模式下，检测由于环境改变或力的作用引起的微悬臂梁的微小弯曲量，进而分析表面应力。动态模式下，检测由吸附到微悬臂梁的粒子质量变化引起的微悬臂梁的共振频率变化，进而分析吸附物的质量。静态模式的传感器不需要驱动单元，目前使用的微悬臂梁传感器大多数工作在静态模式下，但这种检测方式灵敏度比较低，检测效果欠佳。相比于静态检测模式，动态模式下的微悬臂梁传感器通过外部独立压电驱动器对微悬臂梁进行驱动检测其共振频率，受环境影响因素较小，灵敏度较高，检测效果较佳。所以，动态模式的微悬臂梁传感器逐步成为微悬臂梁传感技术领域的研究重点。
微悬臂梁传感器的检测方式常见的有光学检测和电学检测，电学检测大多数用于静态工作模式，光学检测灵敏度高，在静态与动态工作模式都有广泛应用。近年来，基于光学杠杆法的检测方式结构简单，灵敏度很高，能够在真空、空气、混合气体和液体等环境中测量。一束激光照射在微悬臂梁表面，反射光束投射到光电位置传感器，由于微悬臂梁的变形或振动，使得反射到光电位置传感器上的光斑位置发生移动，通过检测光斑的位置变化可以得到微悬臂梁静态变形或固有频率。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种动态微悬臂梁固定装置及其光学检测方法，其提高了微悬臂梁固定装置的通用性，同时光杠杆检测方法在气体、液体环境适用性强，在生化医学检测领域有广泛的应用前景。
本发明的技术方案如下：
一种动态微悬臂梁固定装置，装置包括精密微动台(1)、转接板(2)、L形支架(3)、压电陶瓷片(4)、缓冲接触件、微梁固定座(7)、微梁限位钢片(8)、不锈钢压片(9)；
所述转接板(2)与精密微动台(1)连接处形成第一通孔(11),通孔位置与精密微动台(1)螺纹孔位置相对应，使用螺钉将转接板(2)固装在精密微动台(1)上；所述转接板(2)与所述L形支架(3)连接处形成第一螺纹孔(15)，所述L形支架(3)竖直方向形成第二通孔(12)，所述第一螺纹孔(15)与所述第二通孔(12)的圆心在同一条直线且垂直于转接板平面，六角螺栓穿过所述第二通孔(12)将L形支架(3)通过所述第一螺纹孔(15)固定在转接板(2)上；
所述压电陶瓷片(4)通过粘接方式固定在所述转接板(2)上，所述缓冲接触件中半球端帽(5)的平面胶粘接在压电陶瓷片(4)上表面，所述缓冲接触件中锥形尾帽(6)放置在半球端帽(5)上方；所述微梁固定座(7)的下表面形成一凹槽(18)，缓冲接触件中锥形尾帽(6)上表面通过胶粘接在所述凹槽(18)；两片相同的微梁限位钢片(8)叠在一起胶粘在微梁固定座(7)上表面；所述不锈钢压片(9)两端形成第四通孔(14)，所述不锈钢压片(9)通过螺钉将微悬臂梁(20)固定在微梁底座(7)。
进一步，所述缓冲接触件中半球端帽(5)和所述缓冲接触件中锥形尾帽(6)的两个端帽的圆弧面相切。
进一步，所述微梁限位钢片(8)为厚度0.12mm的不锈钢片，所述微梁限位钢片(8)具有上下贯通的通槽(19),所述通槽(19)根据微悬臂梁的形状尺寸进行切割，在所述微梁固定座(7)两端形成第二螺纹孔(16)，所述微梁限位钢片(8)两端形成第三通孔(13)，所述第二螺纹孔(16)、第三通孔(13)、第四通孔(14)的圆心在同一条直线上且垂直于转接板平面，螺钉穿过所述第四通孔(14)和第三通孔(13)将微悬臂梁(20)通过所述第二螺纹孔(16)固定在微梁底座(7)。
进一步，所述L形支架(3)水平方向形成第三螺纹孔(17),所述第三螺纹孔(17)通过硅胶头螺钉施加向下的预紧力，所述第三螺纹孔(17)与所述凹槽(18)、所述锥形端帽(6)、所述半球端帽(5)、所述压电陶瓷片(4)的中心在同一条垂直于转接板的直线上。
一种动态微悬臂梁光学检测方法，光学检测系统包括激光器(21)、光阑(22)、CCD相机(23)、成像透镜(24)、第一分光棱镜(25)、第二分光棱镜(26)、物镜(27)、滤光片(28)、光电位置探测器(29)；
所述激光器(21)发出的平行光经过所述光阑(22)减小激光光斑直径，激光在所述第一分光棱镜(25)上发生反射，然后透过所述第二分光棱镜(26)后经所述物镜(27)会聚到微悬臂梁表面(微悬臂梁表面镀有反光层)，反射光线经所述物镜(27)、第二分光棱镜后(26)，然后反射光经所述滤光片(28)衰减后照射在所述光电位置探测器(29)的光敏面上的某一点，微悬臂梁发生微小偏移时，反射光线角度发生微小变化，反射光线经过所述物镜(27)、第二分光棱镜(26)后，照射在光电位置探测器(29)的光敏面上的另一点，通过检测照射在光敏面上的两个点的距离反映微悬臂梁的偏移量；为保证激光光斑照射在微悬臂梁的自由端上，在透射光路搭建显微成像系统，微悬臂梁上的成像光线经过物镜出射后，分别经所述第二分光棱镜(26)、所述第一分光棱镜(25)后被所述成像透镜(24)会聚到CCD相机(23)的光敏面上观察。
进一步，所述激光器(21)用于发出可见光；所述光阑(22)为可调节孔径光阑，实现对入射光束的光斑大小的控制；所述第一分光棱镜(25)、第二分光棱镜(26)实现光线的转折；所述CCD相机(23)用于观察微悬臂梁的形貌；所述物镜(27)实现对入射光束在悬臂梁上光斑的聚焦；所述滤光片(28)实现对环境光及杂散光的过滤；所述光电位置敏感探测器(29)接收反射光束，通过光斑在光敏面上的移动距离得出微悬臂梁的偏移量。
进一步，所述微悬臂梁由压电陶瓷片驱动，构成动态微悬臂梁，压电陶瓷片的驱动信号来自函数/信号发生器，驱动信号模块的激励方式设置为稳态正弦激励，调节函数/信号发生器的参数，以1kHz为起点，300kHz为终点，步长1kHz进行定频激振，每改变一次频率，几秒后振动达到稳态进行测试；一次扫频结束后，谐振频率大致约束在某一频带内，再缩小扫频范围进一步约束频带宽度，减小检测误差。
进一步，光电位置探测器(29)输出的电流信号及其微弱，要经过信号预处理模块做相关运算，由数据采集模块得到的信号具有很大的噪声干扰，在上位机做滤波算法达到除燥目的；
动态模式下，驱动信号模块带动微悬臂梁发生振动，光电位置敏感探测器(29)将不断变化的光信号转换为振动的电压信号，采集到的振动信号经由数据采集模块送入上位机软件，利用LabVIEW的数字信号处理工具包中的小波分解函数进行小波去噪处理；
含有噪声的信号可表示为：s(k)＝f(k)+ε·e(k),k＝0,1,2,…,n-1
式中，s(k)为含噪信号，f(k)为有用信号，表现为低频信号或较平稳信号，ε为噪声系数的标准偏差，e(k)为噪声信号，表现为高频信号；
首先利用LabVIEW的小波包分析控件对信号进行小波分解，用门限阈值形式处理所分解的小波系数，然后对信号进行小波重构，达到信号去噪的目的。
进一步，小波分析对信号的分析处理方法应用LabVIEW附加Wavelet Analysis工具包中小波变换、小波包分析、小波除噪等函数来实现；
对信号小波包分解的配置，首先选择一个小波并确定其分解的层次，然后进行小波分解计算和小波分解高频系数的量化；对所述各个分解尺度下的高频系数选择一个阈值，再根据小波分解的最底层低频系数和各层高频系数进行小波重构。
优选地，L形支架的材料为40Cr，便于在微梁动态工作时发生弯曲效应；
优选地，所述凹槽深度为0.2mm，方便位置规划；
进一步地，所述微梁限位钢片为厚度0.12mm的标准线切割不锈钢片，所述限位钢片根据微悬臂梁尺寸切割通槽，优选地，通槽尺寸保持两处限位尺寸，其余尺寸略大于悬臂梁尺寸，满足尺寸公差的要求；
进一步地，在所述微梁固定座形成两个第二螺纹孔，两片相同的限位钢片叠在一起胶粘固装在微梁固定座表面；
进一步地，所述限位钢片两端形成第二通孔，所述不锈钢压片两端形成第三通孔，微悬臂梁放置在限位槽上，螺钉依次将所述微梁限位片、不锈钢压片固定在微梁底座；优选地，所述第二螺纹孔、第三螺纹孔、第四螺纹孔为M2的螺纹孔，满足尺寸公差需求；
进一步地，在所述L形支架水平方向形成第三螺纹孔,所述第三螺纹孔通过硅胶头螺钉施加向下的预紧力，用于测试时初始状态稳定固定装置；
本发明的另一个目的在于提供一种动态微悬臂梁的光学检测方法，所述检测方法基于光学杠杆原理，通过检测位置敏感探测器的输出变化量反应微悬臂梁自由端的偏转量；
进一步地，所述激光器用于发出可见光；所述光阑为可调节孔径光阑，实现对入射光束的光斑大小的控制；所述分光棱镜实现光线的转折；所述CCD相机用于观察微悬臂梁的形貌；
进一步地，所述物镜实现对入射光束在悬臂梁上光斑的聚焦；所述滤光片实现对环境光及杂散光的过滤；所述光电位置敏感探测器接收反射光束，通过光斑在光敏面上的移动距离得出微悬臂梁的偏移量；
进一步地，所述激光器(21)发出的平行光经过所述光阑(22)减小激光光斑直径，激光在所述第一分光棱镜(25)上发生反射，然后透过所述第二分光棱镜(26)后经所述物镜(27)会聚到微悬臂梁表面(微悬臂梁表面镀有反光层)，反射光线经所述物镜(27)、所述第二分光棱镜后(26)，反射光经所述滤光片(28)衰减后照射在所述光电位置探测器(29)的光敏面上的某一点；
进一步地，微悬臂梁发生微小偏移时，反射光线角度发生微小变化，反射光线经过所述物镜(27)、第二分光棱镜(26)后，照射在光电位置探测器(29)的光敏面上的另一点，通过检测照射在光敏面上的两个点的距离反映微悬臂梁的偏移量；
进一步地，为保证激光光斑照射在微悬臂梁的自由端上，在透射光路搭建显微成像系统，微悬臂梁上的成像光线经过物镜出射后，分别经所述第二分光棱镜(26)、所述第一分光棱镜(25)后被所述成像透镜(24)会聚到CCD相机的光敏面上进行观察；
进一步地，对所述信号小波包分解的配置，首先选择一个小波并确定其分解的层次，然后进行小波分解计算和小波分解高频系数的量化；优选地，根据多分辨率分析理论，分解层次越高，去噪效果越明显，但失真度也相应增大。为保守起见，分解层次不超过5层；
进一步地，对所述各个分解尺度下的高频系数选择一个阈值，再根据小波分解的最底层低频系数和各层高频系数进行小波重构；
与现有技术相比，本发明的优势在于：微梁固定装置结构紧凑，机械固定微梁的方式相比于胶粘的方式易于拆卸更换。微梁固定装置配合精密微动台使用，调节微动台三维方向可方便光斑对准微悬臂梁自由端。压电陶瓷片上安装缓冲接触件，能有效避免施加负载时产生的横向力和剪切力，微悬臂梁的限位方式和微梁底座的开槽，保持了在动态模式工作时整体装置的稳定性，搭建的光路系统，可以在检测的同时观察微梁的形貌，避免了不确定性，基于光杠杆的检测方式，可实现微悬臂梁的动静态检测，适用性强，可用于气体、液体等检测环境满足不同检测精度的需求及对比分析，利用LabVIEW上位机软件编写的小波去噪算法，能够有效去除高频噪声信号，且参数可变，应用灵活。
附图说明
图1为微梁固定装置及精密微动台整体示意图。
图2为光学检测系统整体示意图。
图3为微梁固定装置正视图。
图4为微梁固定装置俯视图。
图5为微梁固定座示意图。
图6为微梁限位片示意图。
图7为L形支架示意图。
图8为光学杠杆法原理示意图。
图9为三层小波包分解树结构示意图，A表示低频信号，D表示高频信号，末尾数字表示小波分解的层数。
图10为小波包分析运行结果，第一个波形为原始信号，之后依次是小波包分解树的(1,0)、(2,0)、(3,0)、(4,0)、节点。
图中标号，1精密微动台，2转接板，3L型支架，4压电陶瓷片，5半球端帽，6锥形尾帽，7微梁固定座，8微梁限位钢片，9不锈钢压片，11第一通孔，12第二通孔，13第三通孔，14第四通孔，15第一螺纹孔，16第二螺纹孔，17第三螺纹孔，18凹槽，19通槽，20微悬臂梁，21激光器，22光阑，23CCD相机，24成像透镜，25第一分光棱镜，26第二分光棱镜，27物镜，28滤光片，29光电位置探测器。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明做进一步的详细说明。
本发明为一种动态微悬臂梁固定装置及其光学检测方法，结构紧凑，通用性强。
在下述实施例中，压电陶瓷片选用索雷博(Thorlabs)公司的方形陶瓷片，型号为TA0505D024W，长宽均为5mm，高为2.4mm，驱动电压范围0-75V，行程2.8μm，谐振频率315KHz。
一种动态微悬臂梁固定装置，装置包括精密微动台(1)、转接板(2)、L形支架(3)、压电陶瓷片(4)、缓冲接触件、微梁固定座(7)、微梁限位钢片(8)、不锈钢压片(9)；
所述转接板(2)与精密微动台(1)连接处形成第一通孔(11),通孔位置与精密微动台(1)螺纹孔位置相对应，使用螺钉将转接板(2)固装在精密微动台(1)上；所述转接板(2)与所述L形支架(3)连接处形成第一螺纹孔(15)，所述L形支架(3)竖直方向形成第二通孔(12)，所述第一螺纹孔(15)与所述第二通孔(12)的圆心在同一条直线且垂直于转接板平面，六角螺栓穿过所述第二通孔(12)将L形支架(3)通过所述第一螺纹孔(15)固定在转接板(2)上；
所述压电陶瓷片(4)通过粘接方式固定在所述转接板(2)上，所述缓冲接触件中半球端帽(5)的平面胶粘接在压电陶瓷片(4)上表面，所述缓冲接触件中锥形尾帽(6)放置在半球端帽(5)上方；所述微梁固定座(7)的下表面形成一凹槽(18)，缓冲接触件中锥形尾帽(6)上表面通过胶粘接在所述凹槽(18)；两片相同的微梁限位钢片(8)叠在一起胶粘在微梁固定座(7)上表面；所述不锈钢压片(9)两端形成第四通孔(14)，所述不锈钢压片(9)通过螺钉将微悬臂梁(20)固定在微梁底座(7)。
上述缓冲接触件中半球端帽(5)和所述缓冲接触件中锥形尾帽(6)的两个端帽的圆弧面相切。
上述微梁限位钢片(8)为厚度0.12mm的不锈钢片，所述微梁限位钢片(8)具有上下贯通的通槽(19),所述通槽(19)根据微悬臂梁的形状尺寸进行切割，在所述微梁固定座(7)两端形成第二螺纹孔(16)，所述微梁限位钢片(8)两端形成第三通孔(13)，所述第二螺纹孔(16)、第三通孔(13)、第四通孔(14)的圆心在同一条直线上且垂直于转接板平面，螺钉穿过所述第四通孔(14)和第三通孔(13)将微悬臂梁(20)通过所述第二螺纹孔(16)固定在微梁底座(7)。
上述L形支架(3)水平方向形成第三螺纹孔(17),所述第三螺纹孔(17)通过硅胶头螺钉施加向下的预紧力，所述第三螺纹孔(17)与所述凹槽(18)、所述锥形端帽(6)、所述半球端帽(5)、所述压电陶瓷片(4)的中心在同一条垂直于转接板的直线上。
如图3、图4所示，转接板选用铝合金6061-T6加工而成，厚度为4mm，转接板形成4个φ4.2的第一通孔，用M4的螺钉将转接板固装在微动台上，转接板形成3个M4的第一螺纹孔，用M4的螺栓将L形支架固装在转接板上。所述转接板(2)上放置压电陶瓷片(4)，所述压电陶瓷片(4)通过粘接方式固定在所述转接板(2)上。
缓冲接触件选用索雷博(Thorlabs)公司的尾帽，锥形尾帽型号为PKFCUP，直径5mm，半球端帽型号为PKFESP，直径5mm，压电陶瓷与缓冲接触件结合使用，确保了施加的应力被限制在轴向方向，降低了应力所致的故障发生概率。
半球端帽与压电陶瓷、锥形尾帽与微梁固定座、压电陶瓷片与转接板的粘接选用固化温度低于80℃(176°F)的环氧树脂，选用
9340胶水，室温下6-8小时内达到处理强度。
精密微动台选用西格玛公司的TDS平台，型号为TDS-603，台面尺寸60mm×60mm，行程14mm，移动精度10μm。
如图5所示，微梁固定座选用铝合金6061-T6加工而成，厚度为2mm，微梁固定座两端形成2个M2的第二螺纹孔，用于固定微梁限位片和不锈钢压片，微梁固定座底面形成一个φ4的凹槽，深度0.2mm，用于锥形尾帽粘接的限位。
如图6所示，微梁限位钢片和不锈钢片选用厚度0.12mm的激光钢网进行线切割，限位通槽的形状根据微悬臂梁的尺寸设计，满足公差要求；
如图7所示，L形支架选用40Cr材料加工而成，竖直方向形成M4的通孔，用于将支架固定在转接板，水平方向形成M4的第三螺纹孔，通过硅胶头螺钉施加向下的预紧力，第三螺纹孔与凹槽、锥形端帽、半球端帽、压电陶瓷片的中心在同一条垂直于转接板的直线上；
在本实施例中，检测方法基于光学杠杆的原理，如图8所示，一种动态微悬臂梁光学检测方法，光学检测系统包括激光器(21)、光阑(22)、CCD相机(23)、成像透镜(24)、第一分光棱镜(25)、第二分光棱镜(26)、物镜(27)、滤光片(28)、光电位置探测器(29)；
所述激光器(21)发出的平行光经过所述光阑(22)减小激光光斑直径，激光在所述第一分光棱镜(25)上发生反射，然后透过所述第二分光棱镜(26)后经所述物镜(27)会聚到微悬臂梁表面微悬臂梁表面镀有反光层，反射光线经所述物镜(27)、第二分光棱镜后(26)，然后反射光经所述滤光片(28)衰减后照射在所述光电位置探测器(29)的光敏面上的某一点，微悬臂梁发生微小偏移时，反射光线角度发生微小变化，反射光线经过所述物镜(27)、第二分光棱镜(26)后，照射在光电位置探测器(29)的光敏面上的另一点，通过检测照射在光敏面上的两个点的距离反映微悬臂梁的偏移量；为保证激光光斑照射在微悬臂梁的自由端上，在透射光路搭建显微成像系统，微悬臂梁上的成像光线经过物镜出射后，分别经所述第二分光棱镜(26)、所述第一分光棱镜(25)后被所述成像透镜(24)会聚到CCD相机(23)的光敏面上观察。
激光器发出的光照射到微悬臂梁的自由端，微悬臂梁发生微小弯曲形变量Δz时，发射光线偏转一定角度，光斑在光电探测器光敏面上移动距离ΔS，根据光学杠杆法，微悬臂梁的弯曲悬臂梁计算公式为
其中，l为微悬臂梁的长度，L为激光光束从微悬臂梁自由端到位置传感器的光程；
激光器选用半导体激光器，可发出波长635nm的单色光，光阑为可调节孔径光阑，分光棱镜、物镜、成像透镜分别固定在光学模块的标准件中，光电探测器选择1*12mm的一维PSD传感器，固定在反射光线的出射方向上；
驱动信号发生模块包含信号发生器和功率放大器，通过改变信号发生器的参数设置改变驱动信号，激励方式设置为稳态正弦激励，接通电源后，调节函数/信号发生器频率的参数，以1kHz为起点，300kHz为终点，步长1kHz进行定频激振，每改变一次频率，几秒后振动达到稳态进行测试；一次扫频结束后，谐振频率大致约束在某一频带内，再缩小扫频范围进一步约束频带宽度，减小检测误差；
如图2所示，激光器发出光束，经第一分光棱镜反射、透过第二分光棱镜后经物镜会聚在微悬臂梁上，当粒子吸附在微悬臂梁上，梁的质量发生改变，随之其共振频率也发生改变；微悬臂梁振动过程中，反射在位置探测器上的位移量最大时，对应的驱动频率即为共振频率；
对检测到的信号进行相关运算后开始采集，采集到的信号包含高频噪声，含有噪声的信号可表示为：s(k)＝f(k)+ε·e(k),k＝0,1,2,…,n-1，s(k)为含噪信号，f(k)为有用信号，表现为低频信号或较平稳信号，e(k)为噪声信号，表现为高频信号；
如图9所示，利用小波包分解将频带进行三层次划分，可以对小波分析中没有细分的高频信号进一步分解，得到关系S＝AAA3+DAA3+ADA3+DDA3+AAD3+DAD3+ADD3+DDD3；其中A表示低频，D表示高频，末尾数字表示小波包分解的层数。
如图10所示，在LabVIEW中配置小波包分析的参数，选用小波函数为db4小波，分解层数设置为4层，选择4个分解层数的分解积点，在LabVIEW前面板放置5个波形图控件，观察原始信号及4个小波分析对低频信号的分解结果来看，小波去噪处理后的信号较为光滑，频谱图的高频信号部分幅值明显减弱。
Claims (7)
1.一种动态微悬臂梁固定装置，其特征在于，装置包括精密微动台(1)、转接板(2)、L形支架(3)、压电陶瓷片(4)、缓冲接触件、微梁固定座(7)、微梁限位钢片(8)、不锈钢压片(9)；
所述转接板(2)与精密微动台(1)连接处形成第一通孔(11),通孔位置与精密微动台(1)螺纹孔位置相对应，使用螺钉将转接板(2)固装在精密微动台(1)上；所述转接板(2)与所述L形支架(3)连接处形成第一螺纹孔(15)，所述L形支架(3)竖直方向形成第二通孔(12)，所述第一螺纹孔(15)与所述第二通孔(12)的圆心在同一条直线且垂直于转接板平面，六角螺栓穿过所述第二通孔(12)将L形支架(3)通过所述第一螺纹孔(15)固定在转接板(2)上；
所述压电陶瓷片(4)通过粘接方式固定在所述转接板(2)上，所述缓冲接触件中半球端帽(5)的平面胶粘接在压电陶瓷片(4)上表面，所述缓冲接触件中锥形尾帽(6)放置在半球端帽(5)上方；所述微梁固定座(7)的下表面形成一凹槽(18)，缓冲接触件中锥形尾帽(6)上表面通过胶粘接在所述凹槽(18)；两片相同的微梁限位钢片(8)叠在一起胶粘在微梁固定座(7)上表面；所述不锈钢压片(9)两端形成第四通孔(14)，所述不锈钢压片(9)通过螺钉将微悬臂梁(20)固定在微梁固定座(7)；
所述微梁限位钢片(8)为厚度0.12mm的不锈钢片，所述微梁限位钢片(8)具有上下贯通的通槽(19),所述通槽(19)根据微悬臂梁的形状尺寸进行切割，在所述微梁固定座(7)两端形成第二螺纹孔(16)，所述微梁限位钢片(8)两端形成第三通孔(13)，所述第二螺纹孔(16)、第三通孔(13)、第四通孔(14)的圆心在同一条直线上且垂直于转接板平面，螺钉穿过所述第四通孔(14)和第三通孔(13)将微悬臂梁(20)通过所述第二螺纹孔(16)固定在微梁固定座(7)；
所述L形支架(3)水平方向形成第三螺纹孔(17),所述第三螺纹孔(17)通过硅胶头螺钉施加向下的预紧力，所述第三螺纹孔(17)与所述凹槽(18)、所述锥形尾帽(6)、所述半球端帽(5)、所述压电陶瓷片(4)的中心在同一条垂直于转接板的直线上。
2.根据权利要求1所述的一种动态微悬臂梁固定装置，其特征在于，所述缓冲接触件中半球端帽(5)和所述缓冲接触件中锥形尾帽(6)的两个端帽的圆弧面相切。
3.一种根据权利要求1所述的动态微悬臂梁固定装置的动态微悬臂梁光学检测方法，其特征在于，光学检测系统包括激光器(21)、光阑(22)、CCD相机(23)、成像透镜(24)、第一分光棱镜(25)、第二分光棱镜(26)、物镜(27)、滤光片(28)、光电位置探测器(29)；
所述激光器(21)发出的平行光经过所述光阑(22)减小激光光斑直径，激光在所述第一分光棱镜(25)上发生反射，然后透过所述第二分光棱镜(26)后经所述物镜(27)会聚到微悬臂梁表面，微悬臂梁表面镀有反光层，反射光线经所述物镜(27)、第二分光棱镜(26)后，然后反射光经所述滤光片(28)衰减后照射在所述光电位置探测器(29)的光敏面上的某一点，微悬臂梁发生微小偏移时，反射光线角度发生微小变化，反射光线经过所述物镜(27)、第二分光棱镜(26)后，照射在光电位置探测器(29)的光敏面上的另一点，通过检测照射在光敏面上的两个点的距离反映微悬臂梁的偏移量；为保证激光光斑照射在微悬臂梁的自由端上，在透射光路搭建显微成像系统，微悬臂梁上的成像光线经过物镜出射后，分别经所述第二分光棱镜(26)、所述第一分光棱镜(25)后被所述成像透镜(24)会聚到CCD相机(23)的光敏面上观察。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述激光器(21)用于发出可见光；所述光阑(22)为可调节孔径光阑，实现对入射光束的光斑大小的控制；所述第一分光棱镜(25)、第二分光棱镜(26)实现光线的转折；所述CCD相机(23)用于观察微悬臂梁的形貌；所述物镜(27)实现对入射光束在悬臂梁上光斑的聚焦；所述滤光片(28)实现对环境光及杂散光的过滤；所述光电位置探测器(29)接收反射光束，通过光斑在光敏面上的移动距离得出微悬臂梁的偏移量。
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述微悬臂梁由压电陶瓷片驱动，构成动态微悬臂梁，压电陶瓷片的驱动信号来自函数/信号发生器，驱动信号模块的激励方式设置为稳态正弦激励，调节函数/信号发生器的参数，以1kHz为起点，300kHz为终点，步长1kHz进行定频激振，每改变一次频率，几秒后振动达到稳态进行测试；一次扫频结束后，谐振频率大致约束在某一频带内，再缩小扫频范围进一步约束频带宽度，减小检测误差。
6.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，光电位置探测器(29)输出的电流信号及其微弱，要经过信号预处理模块做相关运算，由数据采集模块得到的信号具有很大的噪声干扰，在上位机做滤波算法达到除燥目的；
动态模式下，驱动信号模块带动微悬臂梁发生振动，光电位置探测器(29)将不断变化的光信号转换为振动的电压信号，采集到的振动信号经由数据采集模块送入上位机软件，利用LabVIEW的数字信号处理工具包中的小波分解函数进行小波去噪处理；
含有噪声的信号可表示为：s(k)＝f(k)+ε·e(k),k＝0,1,2,…,n-1
式中，s(k)为含噪信号，f(k)为有用信号，表现为低频信号或较平稳信号，ε为噪声系数的标准偏差，e(k)为噪声信号，表现为高频信号；
首先利用LabVIEW的小波包分析控件对信号进行小波分解，用门限阈值形式处理所分解的小波系数，然后对信号进行小波重构，达到信号去噪的目的。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，小波分析对信号的分析处理方法应用LabVIEW附加Wavelet Analysis工具包中小波变换、小波包分析、小波除噪函数来实现；
对信号小波包分解的配置，首先选择一个小波并确定其分解的层次，然后进行小波分解计算和小波分解高频系数的量化；对各个分解尺度下的高频系数选择一个阈值，再根据小波分解的最底层低频系数和各层高频系数进行小波重构。
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