KR101097768B1 - 소리굽쇠 진동을 이용한 마이크로 힘센서 및 마이크로 힘 측정방법 - Google Patents

소리굽쇠 진동을 이용한 마이크로 힘센서 및 마이크로 힘 측정방법 Download PDF

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Abstract

본발명은 마이크로 스케일로 양쪽 끝이 막힌 소리굽쇠(Double-Ended Turning Fork, DETF)를 사용하고 공진주파수는 광학적으로 빔의 변위를 감지하도록 하므로 nN(나노뉴턴) 이하의 고분해능을 구현할 수 있는 소리굽쇠 진동을 이용한 마이크로 힘센서 및 마이크로 힘 측정방법에 관한 것이다. 이를 위해 특히, 지지수단(110)에 고정되어 소정의 힘에 반응하는 프로브(10); 지지수단(110)에 중심축(210)을 두고 프로브(10)와 일단이 연결되어 힘을 수신하며 타단이 힘과 반대방향으로 이동하는 지렛대(20); 일단이 지렛대(20)의 타단에 연결되며 타단이 지지수단(110)과 연결되어 힘에 의해 변형됨으로써 제 1공진주파수가 변화되며 두 개의 빔이 평행하게 구성된 더블빔(30); 가진 주파수를 조절하는 주파수조절수단(410)과 주파수조절수단(410)에 의해 더블빔(30)과의 사이에 소정의 전압이 형성되는 전극(420)을 포함하고 전압에 의해 더블빔(30)을 가진 주파수로 가진시키는 가진수단(40); 더블빔(30)의 진동 주파수를 측정하기 위해 더블빔(30)의 표면에 소정의 광을 조사하는 광원(510)과 광을 더블빔(30)의 표면에 유도하며 끝단에서 광의 일부를 반사시키는 광섬유(520)와 더블빔(30)의 표면에서 반사된 제 1광(L1)과 광섬유(520)의 끝단에서 반사된 제 2광(L2)의 간섭에 기초하여 더블빔(30)의 진동 주파수를 도출하고 가진 주파수를 진동 주파수와 일치시키기 위해 가진수단(40)과 루프로 형성된 주파수비교기(530)를 포함하는 광원부(50); 및 진동 주파수와 가진 주파수가 일치되는 제 2공진주파수를 도출하고 제 1공진주파수와 비교를 통해 힘을 산출하는 제어부(60); 를 포함하는 것을 특징으로 하는 소리굽쇠 진동을 이용한 마이크로 힘센서가 개시된다.
마이크로 힘 센서, 지렛대, 양단 고정형의 소리굽쇠(Double-Ended Turning Fork, DETF), 더블빔, 가진수단, 광섬유, 주파수비교기

Description

소리굽쇠 진동을 이용한 마이크로 힘센서 및 마이크로 힘 측정방법{MICRO FORCE SENSOR AND MICRO FORCE MEASUREMENT METHOD USING DOUBLE ENDED FORK VIBRATION}
본발명은 소리굽쇠 진동을 이용한 마이크로 힘센서 및 마이크로 힘 측정방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는 마이크로 스케일로 제작된 양쪽 끝이 막힌 소리굽쇠(Double-Ended Turning Fork, DETF)를 사용하고 광학적 방식으로 소리굽쇠의 미세한 진동의 변위를 감지하도록 하여 소리굽쇠의 공진주파수를 측정하고 소리굽쇠에 가해지는 힘에 비례한 공진주파수 변화를 이용하여 nN(나노뉴턴) 이하의 고분해능을 가지는 마이크로 힘센서 및 마이크로 힘 측정방법에 관한 것이다.
높은 분해능을 갖는 마이크로 힘 센서는 원자힘 현미경(AFM, Atomic Force Microscope)에 주로 사용되는 캔틸레버형 구조를 채택하고 있다. 캔틸레버 구조는 높은 감도를 얻는 데에 매우 유리하지만 원하는 방향의 힘에만 민감한 것이 아니라 다른 방향의 힘에도 민감하며 수직으로 변형할 때 수평방향의 변위도 같이 발생하므로 선형성도 떨어진다.
힘에 비례한 신호를 검출하는 방식은 여러 가지 방식이 있다. 가장 많이 쓰 이는 방식은 AFM에서 사용하는 광지렛대 방식인데 감도는 우수하지만 광지렛대를 구성하기 위해 많은 부품이 들어가고 부피가 크기 때문에 단일 힘 센서 검출방식으로 적절하지 않다.
다른 방식으로서 압저항 방식이 있는데 압저항은 반도체 공정으로 비교적 쉽게 구조물에 생성할 수 있고 구조물이 변형을 일으키면 압저항의 저항변화를 감지하기 때문에 신호처리 취득이 쉽고 구조가 아주 간단하여 마이크로 힘 센서에 적합한 방법이라고 할 수 있다. 하지만 압저항 방식의 경우, 반도체 공정상 평면 구조를 갖는 센서 밖에 이용할 수 없으며 감도가 광 방식에 비해 떨어지는 단점이 있다. 상용의 마이크로 힘 센서는 모두 캔틸레버구조(평면구조임)와 압저항 센싱 방법을 사용하고 있다.
공진형 센서는 공진주파수가 측정량의 함수로 표현되는 것으로 공진기에 힘이나 압력이 가해지게 구조를 디자인하면 힘이나 압력에 비례한 공진주파수 변화를 얻어낼 수 있다. 이에 기초한 매크로(Macro) 스케일의 힘 센서, 정밀저울, 압력, 유량 센서가 개발되었고 상용화되었으나 공진형 센서를 이용한 마이크로 힘 센서는 아직 시도된 바 없다.
따라서, 마이크로 스케일에서 신뢰성 있고 정확한 재료 물성 측정, 힘 측정을 위해서 기존 캔틸레버 구조와 압저항 방식을 이용한 마이크로 힘 센서의 단점을 극복할 새로운 개념의 공진형 힘 센서의 필요성이 대두된다.
본발명은 상기와 같은 필요에 의해 창출된 것으로서, 본발명의 목적은 힘측정을 위해 주파수를 기반으로 하여 안정도 및 정확도가 우수한 소리굽쇠 진동을 이용한 마이크로 힘센서 및 마이크로 힘 측정방법을 제공하는 데 있다.
또한, 마이크로 스케일로 양쪽 끝이 막힌 소리굽쇠(Double-Ended Turning Fork, DETF)를 사용하고 공진주파수는 광학적으로 빔의 변위를 감지하도록 하여 nN(나노뉴턴) 이하의 고분해능을 가지는 소리굽쇠 진동을 이용한 마이크로 힘센서 및 마이크로 힘 측정방법을 제공하는 데 있다.
상기와 같은 본발명의 목적은 지지수단(110)에 고정되어 소정의 힘에 반응하는 프로브(10); 지지수단(110)에 중심축(210)을 두고 프로브(10)와 일단이 연결되어 힘을 수신하며 타단이 힘과 반대방향으로 이동하는 지렛대(20); 일단이 지렛대(20)의 타단에 연결되며 타단이 지지수단(110)과 연결되어 힘에 의해 변형됨으로써 제 1공진주파수가 변화되며 두 개의 빔이 평행하게 구성된 더블빔(30); 가진 주파수를 조절하는 주파수조절수단(410)과 주파수조절수단(410)에 의해 더블빔(30)과의 사이에 소정의 전압이 형성되는 전극(420)을 포함하고 전압에 의해 더블빔(30)을 가진 주파수로 가진시키는 가진수단(40); 더블빔(30)의 진동 주파수를 측정하기 위해 더블빔(30)의 표면에 소정의 광을 조사하는 광원(510)과 광을 더블빔(30)의 표면에 유도하며 끝단에서 광의 일부를 반사시키는 광섬유(520)와 더블빔(30)의 표 면에서 반사된 제 1광(L1)과 광섬유(520)의 끝단에서 반사된 제 2광(L2)의 간섭에 기초하여 더블빔(30)의 진동 주파수를 도출하고 가진 주파수를 진동 주파수와 일치시키기 위해 가진수단(40)과 루프로 형성된 주파수비교기(530)를 포함하는 광원부(50); 및 진동 주파수와 가진 주파수가 일치되는 제 2공진주파수를 도출하고 제 1공진주파수와 비교를 통해 힘을 산출하는 제어부(60);를 포함하는 것을 특징으로 하는 소리굽쇠 진동을 이용한 마이크로 힘센서를 제공함으로써 달성될 수 있다.
프로브(10)는 수직력을 전달받기 위해 횡방향으로 지지수단(110)과 수 마이크로 두께를 갖는 고정구조물(120)로 고정된 것이 바람직하다.
지렛대(20)의 일단과 타단은 나노 스케일의 힘을 측정하기 위해 중심축(210)과의 거리가 소정의 비율로서 정해지는 것이 바람직하다.
제어부(60)는 지렛대(20)의 비율에 기초하여 힘을 산출하는 것이 바람직하다.
지렛대(20)와 중심축(210)은 힘이 사라질 경우 탄성력에 의해 복원되는 것이 바람직하다.
프로브(10), 지렛대(20), 더블빔(30)은 단결정 실리콘 기판에 패터닝하여 제작되거나 석영의 습식식각 공정 또는 레이저를 이용한 애블레이션으로 제작될 수 있다.
광원(510)은 레이저광일 수 있다.
전극(420)과 더블빔(30)과 광섬유(520)는 동일 선상에 위치하는 것이 바람직하다.
광원부(50)는 제 1광(L1)과 제 2광(L2)을 수신하여 그 각각에 대응하는 제 1전기신호와 제 2전기신호를 생성하는 광검출기(560)를 더 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 광원부(50)는 광검출기(560)와 주파수비교기(530) 사이에 연결되어 제 1전기신호 및 제 2전기신호를 필터링하는 필터(540)를 더 포함하는 것이 바람직하다.
그리고, 광원부(50)는 광검출기(560)와 주파수비교기(530) 사이에 연결되어 제 1전기신호 및 제 2전기신호를 증폭하기 위한 증폭기(550)를 더 포함하는 것이 바람직하다.
한편 본발명의 목적은 다른 카테고리로서, 프로브(10)가 외부로부터 소정의 힘을 전달받는 제 1힘수신단계(S100); 지렛대(20)의 일단이 지지수단(110)에 중심축(210)을 두고 프로브(10)와 연결되어 힘을 전달받는 제 2힘수신단계(S110); 두 개의 빔이 평행하게 구성되어 제 1공진주파수를 갖는 더블빔(30)이 지렛대(20)의 타단과 지지수단(110) 사이에 고정되어 힘에 의해 변형됨으로써 제 1공진주파수가 변화되는 단계(S120); 가진수단(40)의 전극(420)이 더블빔(30)과의 사이에서 주파수조절수단(410)으로부터 조절된 가진 주파수의 전압을 형성하여 더블빔(30)을 가진시키는 가진단계(S130); 광원부(50)의 광원(510)에서 조사된 소정의 광이 광원(510)과 연결된 광섬유(520)를 통해 더블빔(30)의 표면에 조사되는 광조사단계(S140); 주파수비교기(530)가 더블빔(30)의 표면에서 반사된 제 1광(L1)과 광섬유(520)의 끝단에서 반사된 제 2광(L2)의 간섭에 기초하여 더블빔(30)의 진동 주파 수를 연산하는 단계(S150); 가진수단(40)이 가진 주파수를 연산된 진동 주파수에 일치시키기 위해 루프로 형성된 주파수비교기(530)로부터 진동 주파수에 대응하는 진동 주파수 정보를 수신하는 단계(S160); 가진수단(40)이 수신된 진동 주파수 정보에 기초하여 진동 주파수와 일치시키기 위해 가진 주파수를 갱신하는 단계(S170); 및 가진수단(40)과 연결된 제어부(60)가 진동 주파수와 가진 주파수가 일치하는 변경된 제 2공진주파수를 도출하고 제 1공진주파수와 비교하여 힘을 산출하는 단계(S180);를 포함하는 것을 특징으로 하는 소리굽쇠 진동을 이용한 마이크로 힘 측정방법을 제공함으로써 달성될 수 있다.
본발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 마이크로 힘 측정을 위해 주파수를 기반으로 소리굽쇠 진동을 이용하므로 안정도 및 정확도가 우수한 효과가 있다. 또한, 마이크로 스케일의 양쪽 끝이 막힌 소리굽쇠(Double-Ended Turning Fork, DETF)를 사용하고 광학적으로 아주 미세한 빔의 변위를 감지하여 공진주파수를 알아내므로 nN(나노뉴턴) 이하의 고분해능을 구현하는 효과가 있다.
< 실시예 >
도 1은 본발명에 따른 일실시예의 구성을 개략적으로 나타낸 구성도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 본발명인 소리굽쇠 진동을 이용한 마이크로 힘센서는 프로브(10), 지렛대(20), 더블빔(30), 가진수단(40), 광원부(50) 및 제어부(60)로 구성된다. 프로브(10)가 외부로부터 소정의 힘을 수신하면, 이와 연결된 지렛대(20)가 힘을 전달받아 가진수단(40)의 가진으로 소리굽쇠 진동을 일으키는 더블빔(30)에 전달하게 된다. 이어서 더블빔(30)의 변형으로 공진 주파수가 변경되고 광원부(50)에서 광의 조사 및 광 간섭신호에 기초한 진동 주파수를 연산한다. 그리고 가진수단(40)에 의해 가진 주파수가 조정됨으로써 진동 주파수와 일치하면 제어부(60)가 공진 주파수 변경에 기반하여 마이크로 스케일의 힘을 도출하게 된다.
도 2는 본발명의 일실시예로서 지렛대(20)와 더블빔(30)이 수신한 외력을 가진수단(40), 광원부(50) 및 제어부(60)를 통해 측정하는 상태를 나타낸 구성도이다. 이하 도 2에 도시된 바와 같이, 힘을 수신하는 기구부로서 외부로부터 힘을 수신하는 프로브(10), 힘점인 일단에 가해지는 힘을 작용점인 타단에 변형 전달하는 지렛대(20) 및 지렛대(20)의 작용점인 타단에 고유의 공진 주파수를 갖는 두 개의 나란한 빔 형태의 더블빔(30)으로 구성된다. 그리고, 가진수단(40)은 주파수조절수단(410) 및 전극(420)으로 구성되고, 광원부(50)는 광원(510)과 광섬유(520), 주파수비교기(530), 필터(540), 증폭기(550), 광검출기(560) 및 커플러(570)로 구성된다. 여기서, 프로브(10)는 다시 기구부의 몸통을 형성하는 지지수단(110) 및 프로브(10)를 지지수단(110)에 고정하는 고정구조물(120)로 구성될 수 있다.
프로브(10)는 지지수단(110)에 고정되어 일 방향의 마이크로 힘에 반응할 수 있도록 마이크로 두께를 갖는 고정구조물(120)에 의해 고정된다. 여기서, 지지수단(110)은 외부의 힘에 의해 영향을 받지 않아야 하므로 프로브(10)에 비해 부피 및 무게가 큰 것을 사용하여 제작한다. 그리고 고정구조물(120)은 프로브(10)가 마이크로 힘에 반응하여 힘 방향으로 움직일 수 있도록 힘 방향에 수직 방향으로 프 로브(10)에 연결되는 다수의 선구조물로 제작된다.
지렛대(20)는 지지수단(110)에 중심축(210)을 두고 프로브(10)와 힘점인 일단이 연결되어 힘을 수신하며 작용점인 타단이 힘 반대방향으로 움직이도록 하여 더블빔(30)을 변형시키는 역할을 한다. 또한 작은 힘에 대해서도 감도를 높이기 위해 중심축(210)을 기준으로 프로브(10) 측의 힘점까지의 거리보다 더블빔(30) 측의 작용점까지의 거리가 더 짧도록 제작되며 그 거리 비율은 측정하고자 하는 마이크로 힘의 크기에 따라 정해질 수 있다. 그리고, 지렛대(20)는 외부의 힘이 사라질 경우 원상태로 복원할 수 있도록 중심축(210)은 소정 크기의 탄성을 지닌 소재로 제작한다.
더블빔(30)은 두 개의 빔을 나란하게 하여 양끝이 각각 지렛대(20)와 지지수단(110)에 고정되는 폐쇄형의 소리굽쇠 형상이며, 후술할 가진수단(40)에 의해 횡으로 가진되기 위한 구성이다. 더블빔(30)은 길이에 따른 공진 주파수를 갖는데 외부의 힘에 의해 길이 변형이 이루어지면 공진 주파수가 변경된다. 그리고 이러한 더블빔(30)은 외부의 힘이 사라진 경우에는 원상태의 길이로 복원될 수 있도록 소정 크기의 탄성을 지닌 것을 사용하며, 본 실시예에서는 단결정 실리콘을 이용하여 제작된다.
프로브(10), 지렛대(20), 더블빔(30) 모두는 단결정 실리콘의 기판에 패터닝(patterning)하여 제작될 수 있으며, 이때 DRIE(Deep Reactive Ion Etching) 공정을 이용한다. 그리고 석영(Quartz)으로 제작될 수도 있는데 석영의 경우 습식식각 공정 또는 레이저를 이용한 애블레이션(Ablation)을 통해 가능하다.
가진수단(40)은 가진 주파수를 조절하는 주파수조절수단(410)과 주파수조절수단(410)에 의해 더블빔(30)과의 사이에 소정의 전압이 형성되는 전극(420)을 포함하여 구성되며, 전압에 의해 더블빔(30)을 가진 주파수로 가진시키는 역할을 한다.
여기서, 주파수조절수단(410)은 더블빔(30)과 대면하는 전극(420)에 가진 주파수의 전압을 인가하며, 더블빔(30)의 진동 주파수와 동조 되도록 가진 주파수를 갱신하는 역할을 한다. 그리고 전극(420)은 더블빔(30)과 후술할 광섬유(520)가 동일 선상에 놓일 수 있도록 설치한다.
광원부(50)는 더블빔(30)의 진동 주파수를 측정하기 위해 더블빔(30)의 표면에 소정의 광을 조사하는 광원(510)과 광을 더블빔(30)의 표면에 유도하며 끝단에서 광의 일부를 반사시키는 광섬유(520), 그리고 더블빔(30)의 표면에서 반사된 제 1광(L1)과 광섬유(520)의 끝단에서 반사된 제 2광(L2)의 간섭에 기초하여 더블빔(30)의 진동 주파수를 도출하고 가진 주파수를 진동 주파수와 일치시키기 위해 가진수단(40)과 루프로 형성된 주파수비교기(530)로 구성된다.
여기서, 광원(510)은 직진성이 강하며 단일 파장을 갖는 레이저광을 사용하되 더블빔(30)의 표면에 반사될 제 1광(L1)과 더블빔(30) 측 광섬유(520)의 끝단에서 반사되는 제2광의 간섭을 위해 더블빔(30)의 진동 주파수를 고려한 단일 파장을 선택한다. 광섬유(520)는 광의 이동경로임과 동시에 간섭을 위해 그 끝단에서 광의 반사를 위한 구성이 된다.
주파수비교기(530)는 더블빔(30)의 표면에 반사되는 제 1광(L1)과 더블 빔(30) 측 광섬유(520)의 끝단에서 반사되는 제2광의 간섭으로 생기는 간섭패턴을 통해 더블빔(30)의 진동 주파수를 연산한다. 그리고 진동 주파수에 대응하는 진동 주파수 정보를 가진수단(40)에 제공한다.
이 밖에 광검출기(560)는 제 1광(L1)과 제 2광(L2)에 대응하는 전기신호로 변환하는 역할을 하며, 필터(540)는 간섭 패턴을 제외한 배경신호를 제거하여 정확한 진동 주파수를 추출하는 역할을 한다. 그리고 증폭기(550)는 필터(540)에 의해 필터링된 소신호의 전기신호를 증폭한다. 커플러(570)는 더블빔(30) 및 광섬유(520) 끝단에 조사되는 입력광과 반사되는 출력광인 제 1광(L1) 및 제 2광(L2)을 결합시키는 역할을 한다.
제어부(60)는 가진수단(40) 중 주파수조절수단(410)에 연결되어 진동 주파수에 동조되는 가진 주파수를 변형된 더블빔(30)의 새로운 공진 주파수로 입력받아 변형전 더블빔(30)의 공진 주파수와 비교하여 외부로부터의 마이크로 힘을 도출하는 역할을 한다. 이러한 제어부(60)는 공진 주파수에 대응하는 외부 힘의 데이터를 기초로 외부 힘을 도출하는 프로그램 입력된 컴퓨터일 수 있다.
<마이크로 힘 센서를 이용한 마이크로 힘 측정방법>
도 3은 본발명인 마이크로 힘센서를 이용하여 외력을 측정하는 방법을 순차적으로 나타낸 순서도이다. 도 3을 참조하면, 우선 프로브(10)가 외부로부터 소정의 힘을 전달받는다(S100).
다음, 지렛대(20)의 일단이 지지수단(110)에 중심축(210)을 두고 프로브(10) 와 연결되어 힘을 전달받는다(S110).
다음, 두 개의 빔이 평행하게 구성되어 제 1공진주파수를 갖는 더블빔(30)이 지렛대(20)의 타단과 지지수단(110) 사이에 고정되어 힘에 의해 변형됨으로써 제 1공진주파수가 변화된다(S120).
다음, 가진수단(40)의 전극(420)이 더블빔(30)과의 사이에서 주파수조절수단(410)으로부터 조절된 가진 주파수의 전압을 형성하여 더블빔(30)을 가진시킨다(S130).
다음, 광원부(50)의 광원(510)에서 조사된 소정의 광을 광원(510)과 연결된 광섬유(520)를 통해 더블빔(30)의 표면에 조사한다(S140).
다음, 주파수비교기(530)가 더블빔(30)의 표면에서 반사된 제 1광(L1)과 광섬유(520)의 끝단에서 반사된 제 2광(L2)의 간섭에 기초하여 더블빔(30)의 진동 주파수를 연산한다(S150).
다음, 가진수단(40)이 가진 주파수를 연산된 진동 주파수에 일치시키기 위해 루프로 형성된 주파수비교기(530)로부터 진동 주파수에 대응하는 진동 주파수 정보를 수신한다(S160).
다음, 가진수단(40)이 수신된 진동 주파수 정보에 기초하여 진동 주파수와 일치시키기 위해 가진 주파수를 갱신한다(S170).
그리고, 가진 주파수 갱신단계(S170)는 가진수단(40)과 루프로 형성된 주파수 비교기(530)에 의해 가진 주파수가 진동 주파수와 일치할 때까지 계속하여 수행된다(S175).
다음, 가진수단(40)과 연결된 제어부(60)가 진동 주파수와 가진 주파수가 일치하는 변경된 제 2공진주파수를 도출하고 제 1공진주파수와 비교하여 힘을 산출함으로써(S180) 소리굽쇠 진동을 이용한 마이크로 힘 측정방법이 수행된다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 상술한 본 발명의 기술적 구성은 본 발명이 속하는 기술 분야의 당업자가 본 발명의 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해되어야 한다. 아울러, 본 발명의 범위는 상기의 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어진다. 또한, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
도 1은 본발명에 따른 일실시예의 구성을 개략적으로 나타낸 구성도,
도 2는 본발명의 일실시예로서 지렛대(20)와 더블빔(30)이 수신한 외력을 가진수단(40), 광원부(50) 및 제어부(60)를 통해 측정하는 상태를 나타낸 구성도,
도 3은 본발명인 마이크로 힘센서를 이용하여 외력을 측정하는 방법을 순차적으로 나타낸 순서도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
L1: 더블빔의 표면에서 반사된 제 1광
L2: 광섬유 끝단에서 반사된 제 2광
10: 프로브
20: 지렛대
30: 더블빔
40: 가진수단
50: 광원부
60: 제어부
110: 지지수단
120: 고정구조물
210: 중심축
410: 주파수조절수단
420: 전극
510: 광원
520: 광섬유
530: 주파수비교기
540: 필터
550: 증폭기
560: 광검출기
570: 커플러

Claims (12)

  1. 지지수단(110)에 고정되어 소정의 힘에 반응하는 프로브(10);
    상기 지지수단(110)에 중심축(210)을 두고 상기 프로브(10)와 일단이 연결되어 상기 힘을 수신하며 타단이 상기 힘과 반대방향으로 이동하는 지렛대(20);
    일단이 상기 지렛대(20)의 타단에 연결되며 타단이 상기 지지수단(110)과 연결되어 상기 힘에 의해 변형됨으로써 제 1공진주파수가 변화되며 두 개의 빔이 평행하게 구성된 더블빔(30);
    가진 주파수를 조절하는 주파수조절수단(410)과 상기 주파수조절수단(410)에 의해 상기 더블빔(30)과의 사이에 소정의 전압이 형성되는 전극(420)을 포함하고 상기 전압에 의해 상기 더블빔(30)을 상기 가진 주파수로 가진시키는 가진수단(40);
    상기 더블빔(30)의 진동 주파수를 측정하기 위해 상기 더블빔(30)의 표면에 소정의 광을 조사하는 광원(510)과 상기 광을 상기 더블빔(30)의 표면에 유도하며 끝단에서 상기 광의 일부를 반사시키는 광섬유(520)와 상기 더블빔(30)의 표면에서 반사된 제 1광(L1)과 상기 광섬유(520)의 끝단에서 반사된 제 2광(L2)의 간섭에 기초하여 상기 더블빔(30)의 진동 주파수를 도출하고 상기 가진 주파수를 상기 진동 주파수와 일치시키기 위해 상기 가진수단(40)과 루프로 형성된 주파수비교기(530)를 포함하는 광원부(50); 및
    상기 진동 주파수와 상기 가진 주파수가 일치되는 제 2공진주파수를 도출하 고 상기 제 1공진주파수와 비교를 통해 상기 힘을 산출하는 제어부(60);를 포함하는 것을 특징으로 하는 소리굽쇠 진동을 이용한 마이크로 힘센서.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 프로브(10)는 수직력을 전달받기 위해 횡방향으로 상기 지지수단(110)과 수 마이크로 두께를 갖는 고정구조물(120)로 고정된 것을 특징으로 하는 소리굽쇠 진동을 이용한 마이크로 힘센서.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 지렛대(20)의 일단과 타단은 나노 스케일의 상기 힘을 측정하기 위해 상기 중심축(210)을 기준으로 프로브(10) 측의 힘점까지의 거리보다 더블빔(30) 측의 작용점까지의 거리가 더 짧도록 제작되며 그 거리 비율로서 정해지는 것을 특징으로 하는 소리굽쇠 진동을 이용한 마이크로 힘센서.
  4. 삭제
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 지렛대(20)와 상기 중심축(210)은 상기 힘이 사라질 경우 탄성력에 의해 복원되는 것을 특징으로 하는 소리굽쇠 진동을 이용한 마이크로 힘센서.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 프로브(10), 상기 지렛대(20) 및 상기 더블빔(30)은 단결정 실리콘 기판에 패터닝하여 제작되거나 석영의 습식식각 공정 또는 레이저를 이용한 애블레이션으로 제작된 것을 특징으로 하는 소리굽쇠 진동을 이용한 마이크로 힘센서.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 광원(510)은 레이저광인 것을 특징으로 하는 소리굽쇠 진동을 이용한 마이크로 힘센서.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 전극(420)과 상기 더블빔(30)과 상기 광섬유(520)는 동일 선상에 위치하는 것을 특징으로 하는 소리굽쇠 진동을 이용한 마이크로 힘센서.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 광원부(50)는 상기 제 1광(L1)과 상기 제 2광(L2)을 수신하여 그 각각에 대응하는 제 1전기신호와 제 2전기신호를 생성하는 광검출기(560)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 소리굽쇠 진동을 이용한 마이크로 힘센서.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 광원부(50)는 상기 광검출기(560)와 상기 주파수비교기(530) 사이에 연결되어 상기 제 1전기신호 및 상기 제 2전기신호를 필터링하는 필터(540)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 소리굽쇠 진동을 이용한 마이크로 힘센서.
  11. 제 9항에 있어서,
    상기 광원부(50)는 상기 광검출기(560)와 상기 주파수비교기(530) 사이에 연결되어 상기 제 1전기신호 및 상기 제 2전기신호를 증폭하기 위한 증폭기(550)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 소리굽쇠 진동을 이용한 마이크로 힘센서.
  12. 프로브(10)가 외부로부터 소정의 힘을 전달받는 제 1힘수신단계(S100);
    지렛대(20)의 일단이 지지수단(110)에 중심축(210)을 두고 상기 프로브(10)와 연결되어 상기 힘을 전달받는 제 2힘수신단계(S110);
    두 개의 빔이 평행하게 구성되어 제 1공진주파수를 갖는 더블빔(30)이 상기 지렛대(20)의 타단과 상기 지지수단(110) 사이에 고정되어 상기 힘에 의해 변형됨으로써 상기 제 1공진주파수가 변화되는 단계(S120);
    가진수단(40)의 전극(420)이 상기 더블빔(30)과의 사이에서 주파수조절수단(410)으로부터 조절된 가진 주파수의 전압을 형성하여 상기 더블빔(30)을 가진시키는 가진단계(S130);
    광원부(50)의 광원(510)에서 조사된 소정의 광이 상기 광원(510)과 연결된 광섬유(520)를 통해 상기 더블빔(30)의 표면에 조사되는 광조사단계(S140);
    주파수비교기(530)가 상기 더블빔(30)의 표면에서 반사된 제 1광(L1)과 상기 광섬유(520)의 끝단에서 반사된 제 2광(L2)의 간섭에 기초하여 상기 더블빔(30)의 진동 주파수를 연산하는 단계(S150);
    상기 가진수단(40)이 상기 가진 주파수를 상기 연산된 진동 주파수에 일치시키기 위해 루프로 형성된 주파수비교기(530)로부터 상기 진동 주파수에 대응하는 진동 주파수 정보를 수신하는 단계(S160);
    상기 가진수단(40)이 상기 수신된 진동 주파수 정보에 기초하여 상기 진동 주파수와 일치시키기 위해 상기 가진 주파수를 갱신하는 단계(S170); 및
    상기 가진수단(40)과 연결된 제어부(60)가 상기 진동 주파수와 상기 가진 주 파수가 일치하는 변경된 제 2공진주파수를 도출하고 상기 제 1공진주파수와 비교하여 상기 힘을 산출하는 단계(S180);를 포함하는 것을 특징으로 하는 소리굽쇠 진동을 이용한 마이크로 힘 측정방법.
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