KR20090124789A - Resonance characteristic measurement apparatus of cantillever structure and measurement method thereof - Google Patents

Resonance characteristic measurement apparatus of cantillever structure and measurement method thereof Download PDF

Info

Publication number
KR20090124789A
KR20090124789A KR1020080051195A KR20080051195A KR20090124789A KR 20090124789 A KR20090124789 A KR 20090124789A KR 1020080051195 A KR1020080051195 A KR 1020080051195A KR 20080051195 A KR20080051195 A KR 20080051195A KR 20090124789 A KR20090124789 A KR 20090124789A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
frequency
cantilever structure
signal
excitation signal
actuating signal
Prior art date
Application number
KR1020080051195A
Other languages
Korean (ko)
Inventor
조원우
박종배
고경옥
임지훈
르반롱
장주람
Original Assignee
주식회사 캔티스
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주식회사 캔티스 filed Critical 주식회사 캔티스
Priority to KR1020080051195A priority Critical patent/KR20090124789A/en
Priority to PCT/KR2008/004274 priority patent/WO2009145385A1/en
Publication of KR20090124789A publication Critical patent/KR20090124789A/en

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N29/00—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
    • G01N29/02—Analysing fluids
    • G01N29/022—Fluid sensors based on microsensors, e.g. quartz crystal-microbalance [QCM], surface acoustic wave [SAW] devices, tuning forks, cantilevers, flexural plate wave [FPW] devices
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01H—MEASUREMENT OF MECHANICAL VIBRATIONS OR ULTRASONIC, SONIC OR INFRASONIC WAVES
    • G01H13/00—Measuring resonant frequency
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N29/00—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
    • G01N29/02—Analysing fluids
    • G01N29/036—Analysing fluids by measuring frequency or resonance of acoustic waves
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N29/00—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
    • G01N29/34—Generating the ultrasonic, sonic or infrasonic waves, e.g. electronic circuits specially adapted therefor
    • G01N29/348—Generating the ultrasonic, sonic or infrasonic waves, e.g. electronic circuits specially adapted therefor with frequency characteristics, e.g. single frequency signals, chirp signals
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2291/00—Indexing codes associated with group G01N29/00
    • G01N2291/02—Indexing codes associated with the analysed material
    • G01N2291/025—Change of phase or condition
    • G01N2291/0256—Adsorption, desorption, surface mass change, e.g. on biosensors
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2291/00—Indexing codes associated with group G01N29/00
    • G01N2291/04—Wave modes and trajectories
    • G01N2291/042—Wave modes
    • G01N2291/0427—Flexural waves, plate waves, e.g. Lamb waves, tuning fork, cantilever

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Acoustics & Sound (AREA)
  • Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)

Abstract

PURPOSE: A resonance characteristic measure system of a cantilever structure and a measuring method thereof are provided to exclude an electrical interference between an input signal and an output signal and to increase productivity and reliability. CONSTITUTION: A resonance characteristic measure system comprises a cantilever structure(20), a signal generating and processing unit(30), an exciting signal generating unit(40), an amplifying and filtering unit(50) and an A/D converter(60). The signal generating/processing unit partitions the frequency band into target sections. The signal generating/processing unit outputs an actuating signal corresponding to a first section of the target sections. The signal generating/processing unit analyzes the transformed exciting signal from outside and outputs a measuring result. The signal generating/processing unit selects again the section from the rest sections and outputs an actuating signal. The cantilever structure is connected to one side of the exciting signal generating unit, and the signal generating/processing unit is connected to the other side. The amplifying and filtering amplifies and filters the exciting signal.

Description

캔틸레버 구조체의 공진특성 측정장치 및 그 측정방법{Resonance Characteristic Measurement Apparatus of Cantillever Structure and Measurement Method thereof}Resonance Characteristic Measurement Apparatus of Cantillever Structure and Measurement Method etc.

본 발명은 캔틸레버 구조체의 공진특성 측정장치 및 그 측정방법에 관한 것이다.The present invention relates to an apparatus for measuring resonance characteristics of a cantilever structure and a method of measuring the same.

보다 상세하게는, 탐색하고자 하는 주파수 대역을 탐색구간별로 나눈 후 해당 구간에 포함되는 주파수를 포함하는 전기적 신호가 캔틸레버 구조체에 인가되도록 하고 캔틸레버 구조체의 진동으로 발생하는 여기신호를 피드백받아 전기적 신호와 주파수 차이를 분석하여 캔틸레버 구조체의 공진주파수를 빠르고 정확하게 측정하고자 하는 캔틸레버 구조체의 공진특성 측정장치 및 그 측정 방법에 관한 것이다.In more detail, after dividing the frequency band to be searched for each search section, an electrical signal including a frequency included in the corresponding section is applied to the cantilever structure and fed back with an excitation signal generated by vibration of the cantilever structure to receive an electrical signal and frequency. The present invention relates to an apparatus for measuring resonance characteristics of a cantilever structure and a method for measuring the resonance frequency of the cantilever structure by analyzing the difference.

일반적으로 바이오센서란, 미생물, 효소, 항체, DNA, RNA 등의 생물 재료의 분자 인식 능력을 이용하여, 생물 재료를 분자 식별 소자로서 응용한, 시료액중 기 질 함유량의 정량을 행하는 센서이다. 즉, 생물 재료가 목적의 기질을 인식한 때에 일어나는 반응, 예컨대, 미생물의 호흡에 의한 산소의 소비, 효소 반응, 발광 등을 이용하여, 시료액 중에 포함되는 기질을 정량하는 것이다. 그리고, 각종 바이오센서 중에서도 효소 센서의 실용화가 진행되고 있고, 예컨대, 글루코오스, 젖산, 콜레스테롤, 아미노산용의 바이오센서인 효소 센서는, 의료 계측이나 식품 공업에 이용되고 있다. 이 효소 센서는, 예컨대, 검체(檢體)인 시료액에 포함되는 기질과, 효소 등과의 반응에 의해 생성되는 전자에 의해 전자 전달체를 환원시키며, 측정 장치가 이 전자 전달체의 환원량을 전기화학적으로 계측함으로써, 검체의 정량 분석을 행하도록 되어 있다.In general, a biosensor is a sensor that quantifies the amount of substrate in a sample liquid by applying a biological material as a molecular identification device by utilizing the molecular recognition ability of biological materials such as microorganisms, enzymes, antibodies, DNA, RNA, and the like. That is, the substrate contained in the sample liquid is quantified by using a reaction which occurs when the biological material recognizes the target substrate, for example, consumption of oxygen by the respiration of microorganisms, enzyme reaction, luminescence, and the like. And among various biosensors, the practical use of an enzyme sensor is progressing. For example, the enzyme sensor which is a biosensor for glucose, lactic acid, cholesterol, and an amino acid is used for the medical measurement and the food industry. This enzyme sensor reduces the electron transporter by, for example, electrons generated by the reaction of a substrate contained in a sample sample liquid with an enzyme or the like, and the measuring device electrochemically measures the reduction amount of the electron transporter. By quantitative measurement, the quantitative analysis of the specimen is performed.

그리고, 가스센서는 급속한 산업 발전과 도시화, 물질 소비량 증가 등의 원인으로 대기를 오염시키는 각종 유해가스, 배기가스, 폭발성 가스 등을 감지하여 사용자들에게 알려준다.The gas sensor detects and informs users of various harmful gases, exhaust gases, and explosive gases that pollute the air due to rapid industrial development, urbanization, and increased consumption of materials.

폭약 센서는 폭발하지 않은 상태로 땅에 묻혀있는 지뢰를 감지할 수 있는 센서로, 주로 이용되는 폭발물 감지방법은 표면음성파장치(surface acoustic wave device), 기체크로마토그라피(gas chromatography), 중량스펙트로메터기(mass spectrometer), 중성자활성화분석기(neutron activation analysis), 전자수용체장치(electron capture device)들이 있다. 이들 장치들은 하나 같이 대규모의 작동전원이 필요하며, 또한 주변의 환경(예를 들면 다양한 유기용매의 존재)에 따라서 정 확한 감지를 위해서는 반드시 필터처리가 필요하며, 그 과정 또한 전문가적인 수준에 이르지 않은 사람은 다루기 힘든 고가의 장비이므로, 개인이 간단히 휴대할 수 있으면서도 폭약감지기능이 우수한 센서를 요구하기에 이르렀다.The explosive sensor is a sensor that can detect landmines buried in the ground without exploding. The most commonly used explosive detection methods are surface acoustic wave device, gas chromatography, and weight spectrometer. There are mass spectrometers, neutron activation analysis, and electron capture devices. These devices all require a large operating power source, and must be filtered for accurate detection, depending on the surrounding environment (for example, the presence of various organic solvents). Since humans are expensive equipment that is difficult to handle, individuals have been demanding a sensor that can be easily carried and has an excellent explosive detection function.

상기 센서들은 광학 메카니즘을 적용시켜 구현할 수 있으나, 이 경우 광학 메카니즘의 최소 규격으로 인해 센서의 크기를 소형화시키는데 큰 어려움이 있다는 문제점이 있다.The sensors may be implemented by applying an optical mechanism, but in this case, there is a problem in that the size of the sensor is difficult due to the minimum size of the optical mechanism.

한편, 상기 센서들은 압전 메카니즘을 적용시켜서 구현할 수도 있으며, 압전 메카니즘에 대해 간단히 설명하면, 먼저 임의의 금속재질로 이루어진 결정판에 일정한 방향에서 압력을 가하면 판의 양면에서 외력에 비례하는 양/음의 전하가 나타나고, 한 장의 결정판에서 나타나는 압전기는 미약하나 금속판을 삽입하여 여러 장을 겹칠 경우 그 양이 크게 증가한다. 이때 결정판에는 고유의 진동이 있고 탄성진동과 전기적 진동이 일치하면 압전기와 결합되어 강한 진동을 발생하게 된다.On the other hand, the sensors may be implemented by applying a piezoelectric mechanism, briefly described about the piezoelectric mechanism, first when a pressure applied in a predetermined direction to a crystal plate made of any metal material positive and negative charge proportional to the external force on both sides of the plate Appears, the piezoelectric power appeared in one sheet is weak, but the amount is greatly increased when the sheets are overlapped by inserting a metal plate. At this time, the crystal plate has an inherent vibration, and when the elastic vibration and the electrical vibration coincide, they are combined with the piezoelectric force to generate a strong vibration.

이러한 압전 메카니즘을 적용시켜 진동으로 인해 발생하는 공진주파수를 측정하여 감지대상의 현재 상태를 파악할 수 있도록 하는 센서인 바이오 센서, 가스센서, 폭약 센서 등을 제작하게 된다.The piezoelectric mechanism is applied to measure the resonance frequency generated by vibration to produce a biosensor, a gas sensor, an explosive sensor, and the like, which can detect the current state of the sensing object.

상기에서 설명한 원리가 적용된 일반적인 압전소자에 대해 설명하면, 도 1에 도시된 바와 같이 압전체(10)와 그 양면에 형성된 전극(20a, 20b)으로 구성되며, 외부에서 압전체(10)로 힘이 인가되면 전극(20a, 20b)에 전하가 유기되고, 압전체(10)에 작용하는 힘의 크기에 따라 압전체(10)의 Lm, Cm, Rm 값이 변화한다. 이때, Cshunt는 상위노드와 하위노드 사이에서 기계적으로 발행하는 기생용량이며 출력 신호 중에서 Cm에 의하여 발생하는 신호보다 기생용량에 의하여 발생하는 신호가 크기 때문에 Cm의 변화량을 읽어내는데 큰 장애요인으로 작용한다는 문제점이 있다.Referring to the general piezoelectric element to which the principle described above is applied, as shown in FIG. 1, the piezoelectric element 10 and the electrodes 20a and 20b formed on both surfaces thereof are applied to the piezoelectric element 10. When the charges are induced on the electrodes 20a and 20b, the Lm, Cm, and Rm values of the piezoelectric body 10 change according to the magnitude of the force acting on the piezoelectric body 10. In this case, Cshunt is a parasitic capacitance that is mechanically issued between the upper node and the lower node, and because the signal generated by the parasitic capacitance is larger than the signal generated by Cm among the output signals, it acts as a big obstacle in reading the variation of Cm. There is a problem.

또한, 소자에서 두 개의 전극을 공정하는데 기생용량의 최소화, 진동주파수 설정, 진동자의 기계적 설계 등의 요인들에 의하여 설계와 공정의 복잡성이 소자 제작의 난관으로 작용한다는 문제점이 있다.In addition, there is a problem in that the complexity of the design and the process acts as a challenge for fabrication of the device due to factors such as minimization of parasitic capacitance, vibration frequency setting, and mechanical design of the vibrator.

그리고 각 설계요인들이 상호 연관되어 있어 소자 성능 개산을 위한 노력은 설계뿐만 아니라 공정과 실험을 통한 입증이 필수적이라는 문제점이 있다.In addition, since each design factor is related to each other, the effort to estimate device performance has a problem in that it is necessary to prove not only design but also process and experiment.

또한, 출력신호 중 소자의 힘에 의하여 발생하는 신호와 기생용량에 의하여 발생하는 신호를 분리하는데 정교한 회로가 필요하며, 회로의 복잡성이 증가할수록회로 내부에서 발생하는 잡음이 증가하여 신호를 읽어내는데 큰 장애요인으로 작용한다는 문제점이 있다.In addition, a sophisticated circuit is required to separate the signal generated by the element's force and the signal generated by the parasitic capacitance among the output signals, and as the complexity of the circuit increases, the noise generated inside the circuit increases, which is great for reading the signal. There is a problem that acts as a barrier.

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해소시키고자 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 탐색하고자 하는 주파수 대역을 탐색구간별로 나눈 후 해당 구간에 포함되는 주파수를 포함하는 전기적 신호가 캔틸레버 구조체에 인가되도록 하고 캔틸레버 구조체의 진동으로 발생하는 여기신호를 피드백받아 캔틸레버 구조체 진동의 진폭을 분석해내는 싱글 프리퀀시 스펙트로스코피 방식을 적용시켜 캔틸레버 구조체의 공진주파수를 정확하게 측정하고자 하는 캔틸레버 구조체의 공진특성 측정장치 및 그 측정방법을 제공하는데 있다.The present invention has been made to solve the above problems of the prior art, an object of the present invention is to divide the frequency band to be searched for each search section and then apply an electrical signal including the frequency included in the section to the cantilever structure Resonance characteristics measuring device of the cantilever structure to measure the resonant frequency of the cantilever structure by applying a single frequency spectroscopy method that analyzes the amplitude of the cantilever structure vibration by feeding back the excitation signal generated by the vibration of the cantilever structure. To provide a method.

또한, 본 발명의 다른 목적은 캔틸레버 구조체의 공진특성 측정장치를 이용하여 바이오 센서를 제작하고자 하는 것으로, 소자의 표면에 일정 패턴(단백질 효소 등 미소물질의 외곽형태)을 공정한 후 혈액을 흘리면 혈액 내의 해당 효소는 패턴 위에 자리잡고, 이러한 현상이 소자의 질량을 증가시키거나 캔틸레버의 탄성계수를 변화시켜 진동주파수가 변화하게 되고, 이 주파수를 측정하여 혈액 내의 효소량을 정량적으로 측정할 수 있도록 하는 캔틸레버 구조체의 공진특성 측정장치 및 그 측정방법을 제공하는데 있다.In addition, another object of the present invention is to manufacture a biosensor using the resonance characteristic measuring device of the cantilever structure, the process of a certain pattern (outer shape of micromaterials such as protein enzymes) on the surface of the device after the blood flows in the blood The enzyme is located on the pattern, and this phenomenon increases the mass of the device or changes the elastic modulus of the cantilever, causing the oscillation frequency to change, and the cantilever structure that quantitatively measures the amount of enzyme in the blood by measuring this frequency. To provide a resonance measuring apparatus and a measuring method thereof.

또한, 본 발명의 다른 목적은 단일선을 사용하는 경우 압전소자의 구조적 복잡성이 대폭 감소하며 소자의 정밀성과 생산성을 향상시킬 수 있는 캔틸레버 구조체의 공진특성 측정장치 및 그 측정방법을 제공하는데 있다.Another object of the present invention is to provide an apparatus for measuring resonance characteristics of a cantilever structure and a method of measuring the same, which can significantly reduce the structural complexity of a piezoelectric element and improve the precision and productivity of the piezoelectric element.

또한, 본 발명의 다른 목적은 전기적 신호를 소자에 인가한 직후 동일한 선을 이용하여 소자가 여진하는 전기적 진동을 수신함으로써 입력신호와 진동신호의 전기적 간섭을 배제함으로써 측정의 정확도를 향상시킬 수 있도록 하는 캔틸레버 구조체의 공진특성 측정장치 및 그 측정방법을 제공하는데 있다.In addition, another object of the present invention to improve the accuracy of the measurement by eliminating the electrical interference of the input signal and the vibration signal by receiving the electrical vibration excitation of the device using the same line immediately after applying the electrical signal to the device An apparatus for measuring resonance characteristics of a cantilever structure and a method of measuring the same are provided.

또한 본 발명의 다른 목적은 디지털 신호 처리 방식을 적용함으로써 여기 신호 측정방식에서 수반되는 신호의 미약함을 극복할 수 있도록 하는 캔틸레버 구조체의 공진특성 측정장치 및 그 측정방법을 제공하는데 있다.Another object of the present invention is to provide an apparatus for measuring resonance characteristics of a cantilever structure and a method for measuring the weakness of a signal accompanying an excitation signal measuring method by applying a digital signal processing method.

또한, 본 발명의 다른 목적은 싱글 프리퀀시 스펙트로스코피 방식을 적용하여 탐색하고자 하는 주파수 대역에 대해 전부 테스트하는 것이 아니라 구간을 분할하여 테스트 회수를 줄이고, 테스트 도중 결과값이 도출되는 경우 테스트 과정을 종료하게 되어 사용전력을 절감시킬 수 있게 됨으로써 센서의 저전력화를 구현할 수 있도록 하는 캔틸레버 구조체의 공진특성 측정장치 및 그 측정방법을 제공하는데 있다.In addition, another object of the present invention is to apply a single frequency spectroscopy method to reduce the number of tests by dividing the interval rather than testing all frequency bands to be searched, and to terminate the test process when a result value is derived during the test. The present invention provides an apparatus for measuring resonance characteristics of a cantilever structure and a method for measuring the same, which can reduce power consumption.

즉, 일반적으로 캔틸레버와 같은 구조체는 고유의 진동주파수를 가지고 있으며, 외부에서 인가되는 전기적인 신호와 무관하게 항상 고유의 진동주파수 즉, 공진주파수로 운동한다. 또한, 공진주파수와 같은 전기적인 신호가 인가될 때 최대의 진폭을 가지고 진동한다.That is, in general, a structure such as a cantilever has a unique vibration frequency, and always moves at a unique vibration frequency, that is, a resonance frequency, regardless of an electric signal applied from the outside. In addition, it vibrates with the maximum amplitude when an electrical signal such as a resonant frequency is applied.

따라서 본 발명의 캔틸레버 구조체의 공진특성 측정장치 및 그 측정방법은 외부에서 임의의 전기적인 신호를 인가시킨 후, 여기신호의 주파수를 분석하여 캔틸레버 구조체의 공진주파수를 예측하고, 예측된 주파수를 포함하는 전기적인 신호를 캔틸레버에 인가시켜서 최대의 진폭을 가질 때 캔틸레버의 공진주파수를 측정하게 된다. Therefore, the apparatus and measuring method of the resonance characteristic of the cantilever structure of the present invention, after applying an arbitrary electrical signal from the outside, by analyzing the frequency of the excitation signal to predict the resonant frequency of the cantilever structure, including the predicted frequency An electrical signal is applied to the cantilever to measure the resonant frequency of the cantilever when it has the maximum amplitude.

단, 구조체의 특성에 따라 외부에서 인가된 전기적 신호와 공진신호의 주파수 차이가 임의의 기준범위 내에 해당 될 때, 전기적 신호에 따른 공진주파수를 결과 값으로 제공한다. However, when the frequency difference between the externally applied electrical signal and the resonance signal falls within an arbitrary reference range according to the characteristics of the structure, the resonance frequency according to the electrical signal is provided as a result value.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 실시예는, 캔틸레버 구조체의 공진특성 측정장치에 있어서, 캔틸레버 구조체; 주파수대역을 탐색하고자 하는 구간으로 분할하고, 분할된 구간 중 첫 번째 구간에 해당하는 액츄에이팅 신호를 출력하고, 외부로부터 입력되는 변환된 여기신호를 분석하여 측정결과값을 출력하거나 상기 선정된 구간을 제외한 나머지 탐색구간 중 임의의 구간을 재 선정하여 액츄에이팅 신호가 재출력되도록 하는 신호발생 및 처리부; 일단에는 상기 캔틸레버 구조체가 연결되어 있으며, 타단에는 상기 신호발생 및 처리부가 연결되어 액츄에이팅 신호를 입력받고, 상기 액츄에이팅 신호에 응하여 진동이 발생하고, 발생된 진동에 따른 여기신호를 생성시켜 출력하는 여기신호 발생부; 상기 여기신호를 증 폭하고 필터링하는 증폭/필터부; 및 상기 증폭되고 필터링된 여기신호를 디지털 신호로 변환시키고, 디지털 신호로 변환된 여기신호를 피드백신호로 상기 신호발생 및 처리부로 출력하는 A/D 컨버터를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, an embodiment of the present invention, the resonance characteristic measuring apparatus of the cantilever structure, the cantilever structure; The frequency band is divided into sections to be searched, an actuating signal corresponding to the first section of the divided sections is output, and the measured result is output by analyzing the converted excitation signal input from the outside or the selected section. A signal generation and processing unit for reselecting an arbitrary section of the remaining search sections except for the outputting of the actuating signal; The cantilever structure is connected at one end, and the signal generation and processing unit are connected at the other end to receive an actuating signal, generate vibration in response to the actuating signal, and generate an excitation signal according to the generated vibration. An excitation signal generator for outputting; An amplifier / filter unit for amplifying and filtering the excitation signal; And an A / D converter converting the amplified and filtered excitation signal into a digital signal and outputting the excitation signal converted into a digital signal to the signal generator and processing unit as a feedback signal.

또한, 본 발명의 다른 실시예는 캔틸레버 구조체의 공진특성 측정방법에 있어서, (1) 관리자에 의해 설정된 주파수 대역을 탐색하고자 하는 구간별로 분할시키는 단계; (2) 분할된 주파수 구간 중 첫 번째 구간의 주파수 대역을 선택하는 단계; (3) 상기 선택된 주파수 대역에 해당되는 액츄에이팅 신호를 생성, 공급하여 캔틸레버 구조체가 진동하도록 하는 단계; (4) 상기 캔틸레버 구조체의 진동에 따른 여기신호를 발생시켜 공급하는 단계; (5) 상기 여기신호를 증폭하고 필터링 시키는 단계; (6) 상기 증폭되고 필터링된 여기신호를 디지털 신호로 변환시켜서 공급하는 단계; (7) 상기 변환된 여기신호를 분석하여, 상기 액츄에이팅 신호와 주파수 차이를 구하고 상기 차이가 기준이 되는 범위 내에 해당되는 지를 체크하는 단계; (8) 상기 체크결과 상기 주파수 차이가 기준이 되는 범위 내에 해당되는 지를 판단하는 단계; 및 (9) 상기 판단결과 주파수 차이가 기준이 되는 범위 내에 해당될 경우 입력된 상기 여기신호를 결과 값으로 유저인터페이스 화면에 출력시키는 단계로 이루어진 것을 특징으로 한다.Another embodiment of the present invention provides a method for measuring resonance characteristics of a cantilever structure, the method comprising: (1) dividing a frequency band set by an administrator for each section to be searched; (2) selecting a frequency band of the first interval among the divided frequency intervals; (3) generating and supplying an actuating signal corresponding to the selected frequency band to cause the cantilever structure to vibrate; (4) generating and supplying an excitation signal according to the vibration of the cantilever structure; (5) amplifying and filtering the excitation signal; (6) converting and supplying the amplified and filtered excitation signal into a digital signal; (7) analyzing the converted excitation signal to obtain a frequency difference from the actuating signal and checking whether the difference falls within a reference range; (8) determining whether the frequency difference is within a reference range as a result of the check; And (9) outputting the input excitation signal to the user interface screen as a result value when the frequency difference is within a reference range.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명은 탐색하고자 하는 주파수 대역을 탐색구간 별로 나눈 후 해당 구간에 포함되는 주파수를 포함하는 전기적 신호가 캔틸레버 구조체에 인가되도록 하고 캔틸레버 구조체의 진동으로 발생하는 여기신호를 피드백받아 캔틸레버 구조체 진동의 진폭을 분석해내는 싱글 프리퀀시 스펙트로스코피 방식을 적용시켜 짧은 시간 내에 캔틸레버 구조체의 공진주파수를 정확하게 측정할 수 있도록 하는 효과가 있다.As described above, according to the present invention, after dividing a frequency band to be searched for each search section, an electric signal including a frequency included in the corresponding section is applied to the cantilever structure, and the cantilever is fed back by receiving an excitation signal generated by vibration of the cantilever structure. By applying the single frequency spectroscopy method that analyzes the amplitude of structure vibration, it is possible to accurately measure the resonant frequency of the cantilever structure within a short time.

본 발명은 캔틸레버 구조체에 연결되는 단일 전기선을 통하여 전기신호의 입출력이 이루어지기 때문에 입출력신호 사이에서 발생하는 전기적 간섭을 배제할 수 있고, 소자의 제조공정의 편리성, 신뢰성, 생산성을 향상시킬 수 있게 된다.According to the present invention, since the input and output of the electrical signal is made through a single electric wire connected to the cantilever structure, electrical interference generated between the input and output signals can be eliminated, and the convenience, reliability, and productivity of the device manufacturing process can be improved. do.

또한, 본 발명은 캔틸레버 구조체의 공진특성 측정장치를 이용하여 바이오 센서를 제작하고자 하는 것으로, 소자의 표면에 일정 패턴(단백질 효소 등 미소물질의 외곽형태)을 공정한 후 혈액을 흘리면 혈액 내의 해당 효소는 패턴 위에 자리잡고, 이러한 현상이 소자의 질량 혹은 탄성계수를 변화시켜 진동주파수의 변화를 야기하게 되고, 이 주파수를 측정하여 혈액 내의 효소량을 정량적으로 측정할 수 있도록 하여, 미소량의 혈액으로 측정하고자 하는 효소의 양을 즉시 분석해 낼 수 있는 효과가 있다.In addition, the present invention is to produce a bio-sensor using the resonance characteristic measuring device of the cantilever structure, the process of a certain pattern (outer shape of micro-materials such as protein enzymes) on the surface of the device when the blood flows the enzyme in the blood It is located on the pattern, and this phenomenon causes a change in the vibration frequency by changing the mass or elastic modulus of the device, and by measuring the frequency, it is possible to quantitatively measure the amount of enzyme in the blood. There is an effect that can immediately analyze the amount of enzymes.

또한, 본 발명은 단일선을 사용하는 경우 압전소자의 구조적 복잡성이 대폭 감소하며 소자의 정밀성과 생산성을 향상시킬 수 있도록 하는 효과가 있다.In addition, the present invention has the effect of greatly reducing the structural complexity of the piezoelectric element when using a single line and improve the precision and productivity of the element.

또한, 본 발명은 전기적 신호를 소자에 인가한 직후 동일한 선을 이용하여 소자가 여진하는 전기적 진동을 수신함으로써 입력신호와 진동신호의 전기적 간섭을 배제함으로써 측정의 정확도를 향상시킬 수 있도록 하는 효과가 있다.In addition, the present invention has the effect of improving the accuracy of the measurement by eliminating the electrical interference of the input signal and the vibration signal by receiving the electrical vibration excitation of the device using the same line immediately after applying the electrical signal to the device. .

또한 본 발명은 디지털 신호 처리 방식을 적용함으로써 여기 신호 측정방식에서 수반되는 신호의 미약함을 극복할 수 있도록 하는 효과가 있다.In addition, the present invention has the effect of overcoming the weakness of the signal accompanying the excitation signal measurement method by applying a digital signal processing method.

또한, 본 발명은 캔틸레버 구조체의 공진특성을 측정하는데 있어 싱글 프리퀀시 스펙트로스코피 방식을 적용시킴으로써, 캔틸레버 구조체의 공진특성을 신속하게 측정할 수 있도록 하는 효과가 있다.In addition, the present invention has the effect of quickly measuring the resonance characteristics of the cantilever structure by applying a single frequency spectroscopy method in measuring the resonance characteristics of the cantilever structure.

또한, 본 발명은 싱글 프리퀀시 스펙트로스코피 방식을 적용하여 탐색하고자 하는 주파수 대역에 대해 전부 테스트하는 것이 아니라 구간을 분할하여 테스트 회수를 줄이고, 테스트 도중 결과값이 도출되는 경우 테스트 과정을 종료하게 되어 사용전력을 절감시킬 수 있게 됨으로써 센서의 저전력화를 구현할 수 있도록 하는 효과가 있다.In addition, the present invention applies a single frequency spectroscopy method to reduce the number of tests by dividing the interval rather than testing all frequency bands to be searched, and when the result value is derived during the test, the test process is terminated. Since it is possible to reduce the power consumption of the sensor can be realized.

이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 이 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참조로 설명하기로 한다.DETAILED DESCRIPTION Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art can easily implement the present invention in detail.

본 발명에 따른 캔틸레버 구조체의 공진특성 측정장치의 구성에 대해 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.The configuration of an apparatus for measuring resonance characteristics of a cantilever structure according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

본 발명의 캔틸레버 구조체의 공진특성 측정장치는 임의의 물체를 진동시킬 때 외부에 인가되는 액츄에이팅 신호와 무관하게 고유의 주파수를 가지고 진동한다는 원리를 이용한 것이다. The apparatus for measuring resonance characteristics of the cantilever structure according to the present invention uses the principle of vibrating with an inherent frequency regardless of an actuating signal applied to the outside when vibrating an arbitrary object.

도 3에 도시된 바와 같이 캔틸레버 구조체(20)와, 주파수대역을 탐색하고자 하는 구간으로 분할하고, 분할된 구간 중 첫 번째 구간에 해당하는 액츄에이팅 신호를 출력하고, A/D 컨버터(60)로부터 입력되는 변환된 여기신호를 분석하여 측정결과값을 출력하거나 상기 선정된 구간을 제외한 나머지 탐색구간 중 임의의 구간을 재 선정하여 액츄에이팅 신호가 재출력되도록 하는 신호발생 및 처리부(30)와, 일단에는 상기 캔틸레버 구조체(20)가 연결되어 있으며, 타단에는 상기 신호발생 및 처리부(30)가 연결되어 액츄에이팅 신호를 입력받고, 상기 액츄에이팅 신호에 응하여 진동이 발생하고, 발생된 진동에 따른 여기신호를 생성시켜 출력하는 여기신호 발생부(40)와, 상기 여기신호를 증폭하고 필터링하는 증폭/필터부(50)와, 상기 증폭되고 필터링된 여기신호를 디지털 신호로 변환시키고, 디지털 신호로 변환된 여기신호를 피드백신호로 상기 신호발생 및 처리부(30)로 출력하는 A/D 컨버터(60)로 구성된다.As shown in FIG. 3, the cantilever structure 20 and the frequency band are divided into sections to be searched, an actuating signal corresponding to the first section of the divided sections is output, and the A / D converter 60 is provided. A signal generation and processing unit 30 which analyzes the converted excitation signal inputted from the output unit and outputs the measurement result value, or reselects any of the remaining search sections except for the selected section so that the actuating signal is output again. At one end, the cantilever structure 20 is connected, and at the other end, the signal generation and processing unit 30 is connected to receive an actuating signal, and vibration is generated in response to the actuating signal. An excitation signal generator 40 for generating and outputting an excitation signal, an amplification / filter unit 50 for amplifying and filtering the excitation signal, and the amplified and filtered excitation signal. The A / D converter 60 converts the digital signal into a digital signal and outputs the excitation signal converted into the digital signal to the signal generation and processing unit 30 as a feedback signal.

상기 신호발생 및 처리부(30)는 주파수대역을 탐색하고자 하는 구간으로 분할하고, 분할된 구간에 해당하는 액츄에이팅 신호를 생성하여 공급하는 액츄에이팅 신호 발생모듈(31)과, 상기 A/D 컨버터(60)로부터 입력되는 여기신호를 분석하여, 상기 액츄에이팅 신호와의 주파수 차이를 구하고, 상기 주파수 차이가 저장된 기준 범위 내에 해당되는 경우 입력된 상기 여기신호를 결과값으로 출력하는 주파수 체크모듈(33)과, 상기 주파수 체크모듈(33)의 결과값을 유저 인터페이스 화면에 출력하는 결과값 출력모듈(35)로 구성된다.The signal generation and processing unit 30 divides a frequency band into a section to be searched for, and generates an actuating signal corresponding to the divided section, and generates and supplies an actuating signal 31 and the A / D The frequency check module analyzes an excitation signal input from the converter 60 to obtain a frequency difference from the actuating signal, and outputs the input excitation signal as a result value when the frequency difference falls within a stored reference range. And a result value output module 35 for outputting the result value of the frequency check module 33 to the user interface screen.

상기 주파수체크모듈(33)은 상기 주파수 차이가 상기 기준범위를 벗어나는 경우 기준 범위를 벗어나는 정도에 따라 주파수 스킵 구간을 설정하고, 설정된 주파수 스킵구간에 대한 정보를 상기 액츄에이팅 신호 발생모듈(310)로 출력하여 해당 구간의 주파수 대역에 포함된 액츄에이팅 신호가 출력되도록 한다.The frequency check module 33 sets a frequency skip section according to a degree out of the reference range when the frequency difference is out of the reference range, and sets the actuating signal generating module 310 with information on the set frequency skip section. The actuator outputs the actuating signal included in the frequency band of the corresponding section.

상기 주파수 체크모듈(33)은 상기 주파수 차이에 따라 상기 주파수 대역의 전체 범위를 재 설정할 수 있도록 전체 범위 재 설정정보를 생성하여 상기 액츄에이팅 신호 발생모듈로 출력되도록 한다.The frequency check module 33 generates full range reset information so as to reset the entire range of the frequency band according to the frequency difference, and outputs the generated range reset information to the actuating signal generation module.

상기 여기신호 발생부(40)는 도 2에 도시된 바와 같이 반전 단자(-)에는 상기 캔틸레버 구조체(20)가 연결되며, 비반전단자(+)에는 상기 액츄에이팅 신호를 공급받는 증폭소자(OP)와, 상기 반전 단자(-)와 상기 증폭소자(OP)의 출력단 사이에 연결되는 충전소자(Cf)와, 상기 충전소자(Cf)와 병렬로 연결되는 위상지연 방지 소자(R)와, 관리자의 조작에 따라 상기 충전소자(Cf) 또는 위상지연 방지소자(R)가 상기 반전 단자(-)와 연결되도록 하는 절환되는 스위치(SW)로 구성된다.As shown in FIG. 2, the excitation signal generator 40 has an inverting terminal (-) connected to the cantilever structure 20, and a non-inverting terminal (+) having an amplifying element supplied with the actuating signal ( OP), a charging element Cf connected between the inverting terminal (-) and an output terminal of the amplifying element OP, a phase delay preventing element R connected in parallel with the charging element Cf, The switching device SW is configured to connect the charging device Cf or the phase delay preventing device R to the inverting terminal − according to a manager's operation.

상기 위상지연 방지소자(R)는 저항소자이고, 상기 충전소자(Cf)는 캐패시터 소자이다. 이에 따라 작업자는 테스트 환경이 위상지연이 발생할 확률이 높은 경우 저항소자측으로 절환되도록 하여 증폭소자(OP)의 입력단과 출력단 사이에 저항소자(R)가 구비되도록 하고, 테스트 환경이 노이즈가 발생할 확률이 높은 경우 캐패시터 소자측으로 절환되도록 하여 증폭소자(OP)의 입력단과 출력단 사이에 캐패시터 소자(Cf)가 구비되도록 한다. 이때 스위치는 센서 출하 과정에서 측정환경에 따라 미리 절환되어 제공되어진다.The phase delay preventing element R is a resistance element, and the charging element Cf is a capacitor element. Accordingly, when the test environment has a high probability of phase delay, the operator is switched to the resistor element so that the resistor R is provided between the input terminal and the output terminal of the amplifier OP, and the test environment has a high probability of generating noise. When high, the capacitor element Cf is switched between the input terminal and the output terminal of the amplifier OP so as to be switched to the capacitor element side. At this time, the switch is provided in advance according to the measurement environment in the sensor shipping process.

상기와 같이 구성된 캔틸레버 구조체의 공진특성 측정장치를 이용한 측정방법을 설명하면 다음과 같다.The measurement method using the resonance characteristic measuring apparatus of the cantilever structure configured as described above is as follows.

도 3에 도시된 바와 같이 관리자가 입력부(10)를 통해 테스트 환경 조건을 세팅하면서 탐색하고자 하는 주파수 대역을 설정하면, 액츄에이팅 신호 발생부(31)는 작업자에 의해 설정된 주파수 대역을 탐색하고자 하는 구간별로 분할(S100)시킨다.As shown in FIG. 3, when an administrator sets a frequency band to be searched while setting a test environment condition through the input unit 10, the actuating signal generator 31 is to search for a frequency band set by an operator. Split by section (S100).

그러면 액츄에이팅 신호 발생부(31)는 분할된 주파수 구간 중 첫 번째 구간의 주파수 대역을 선택(S110)하고, 상기 선택된 주파수 대역에 해당되는 액츄에이 팅 신호를 출력하여 캔틸레버 구조체(20)가 진동되도록 한다.Then, the actuating signal generator 31 selects a frequency band of the first section among the divided frequency sections (S110), outputs an actuating signal corresponding to the selected frequency band, and the cantilever structure 20 vibrates. Be sure to

그리고, 여기신호 발생부(40)는 캔틸레버 구조체(20)의 진동에 따른 여기신호를 발생시키고, 증폭/필터부(50)로 공급(S130)한다.The excitation signal generator 40 generates an excitation signal according to the vibration of the cantilever structure 20, and supplies the excitation signal to the amplification / filter unit 50 (S130).

증폭/필터부(50)는 상기 여기신호를 증폭하고 필터링(S140) 시킨 후 A/D 컨버터(60)로 출력하면, A/D 컨버터(60)는 상기 증폭되고 필터링된 여기신호를 디지털 신호로 변환시켜서 공급한다.When the amplification / filter unit 50 amplifies and filters the excitation signal (S140) and outputs it to the A / D converter 60, the A / D converter 60 converts the amplified and filtered excitation signal into a digital signal. Supply by conversion.

그리고 주파수 체크모듈(33)은 상기 변환된 여기신호를 분석하여, 상기 액츄에이팅 신호와 주파수 차이를 구하고 상기 차이가 기준이 되는 범위 내에 해당되는 지를 체크(S160)하고, 상기 체크결과 상기 주파수 차이가 기준이 되는 범위 내에 해당되는 지를 판단(S170)한다.The frequency check module 33 analyzes the converted excitation signal, obtains a frequency difference from the actuating signal, checks whether the difference falls within a reference range (S160), and checks the frequency difference. It is determined whether is within the range that is the reference (S170).

상기 S170 단계의 판단 결과 주파수 차이가 기준이 되는 범위 내에 해당될 경우 입력된 상기 여기신호를 결과 값으로 유저인터페이스 화면에 출력(S180)시키고, 상기 주파수 차이가 상기 기준범위를 벗어나는 경우 기준 범위를 벗어나는 정도에 따라 주파수 스킵 구간을 설정하고, 설정된 주파수 스킵구간에 대한 정보를 상기 액츄에이팅 신호 발생모듈(31)로 출력하여 해당 구간의 주파수 대역에 포함된 액츄에이팅 신호가 출력되도록 한다(S190). 그러면, 캔틸레버 구조체(20)는 재입력된 액츄에이팅 신호에 의해 다시 진동하게 되고, 상기 과정을 반복 수행하게 된다.If the frequency difference is within the reference range as a result of the determination in step S170, the inputted excitation signal is output to the user interface screen as a result value (S180), and if the frequency difference is out of the reference range, it is out of the reference range. The frequency skip section is set according to the degree, and the information on the set frequency skip section is output to the actuating signal generation module 31 to output the actuating signal included in the frequency band of the corresponding section (S190). . Then, the cantilever structure 20 vibrates again by the re-input of the actuating signal and repeats the above process.

한편, 또다른 실시예로 상기 주파수체크모듈(33)은 상기 주파수 차이에 따라 상기 주파수 대역의 전체 범위를 재 설정할 수 있도록 전체 범위 재 설정정보를 생성하여 상기 액츄에이팅 신호 발생모듈로 출력되도록 한다. 예를 들면 최초 1~100이라는 범위로 결정되어 있다면 경우에 따라 이 범위를 1~50으로 변경하여 진행되도록 할 수 있다.Meanwhile, in another embodiment, the frequency check module 33 generates full range reset information so as to reset the entire range of the frequency band according to the frequency difference, and outputs the generated range reset information to the actuating signal generation module. . For example, if it is determined as the range of 1 to 100 at first, it may be changed to 1 to 50 in some cases.

도 7 및 도 8은 본 발명에 따른 압전측장치에 의해 측정된 캔틸레버 구조체의 고유진동주파수를 설명하기 위한 그래프로서, 측정은 진폭(Amplitude), offset, 및 주파수 등의 환경을 설정한 후, 액츄에이팅(Actuating) 신호를 캔틸레버에 인가하고, 캔틸레버에서 출력되는 여기신호를 이용한다. 이때 진폭(Amplitude) 등의 값은 캔틸레바(cantilever)의 길이에 따라 다르게 설정할 수도 있으며, 진폭(Amplitude)이 큰 신호가 입력되면, 수신되는 신호인 여기신호(exc_s)도 큰 진폭을 가진다. 7 and 8 are graphs for explaining the natural vibration frequency of the cantilever structure measured by the piezoelectric side device according to the present invention, the measurement is performed after setting the environment (amplitude, offset, frequency, etc.) An actuating signal is applied to the cantilever and an excitation signal output from the cantilever is used. At this time, a value such as amplitude may be set differently according to the length of the cantilever. When a signal having a large amplitude is input, the excitation signal exc_s, which is a received signal, also has a large amplitude.

이상, 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 상세히 기술하였지만, 본 발명이 속하는 기술 분야에 있어서 통상의 지식을 가진 사람이라면, 첨부된 청구 범위에 정의된 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 본 발명을 여러 가지로 변형 또는, 변경하여 실시할 수 있음을 알 수 있을 것이다.As mentioned above, although preferred embodiments of the present invention have been described in detail, those skilled in the art to which the present invention pertains may make the present invention without departing from the spirit and scope of the present invention as defined in the appended claims. It will be appreciated that various modifications or changes can be made.

도 1은 종래의 압전소자의 개략적인 단면도이다.1 is a schematic cross-sectional view of a conventional piezoelectric element.

도 2는 도 1의 등가회로도이다.FIG. 2 is an equivalent circuit diagram of FIG. 1.

도 3은 본 발명에 따른 캔틸레버 구조체의 공진특성 측정장치의 구성을 설명하기 위한 블록도이다.3 is a block diagram illustrating a configuration of an apparatus for measuring resonance characteristics of a cantilever structure according to the present invention.

도 4는 도 3에 적용된 여기신호 발생부를 설명하기 위한 회로도이다.4 is a circuit diagram illustrating an excitation signal generator applied to FIG. 3.

도 5는 본 발명에 따른 캔틸레버 구조체의 공진특성 측정방법을 설명하기 위한 동작 흐름도이다.5 is a flowchart illustrating a method of measuring resonance characteristics of a cantilever structure according to the present invention.

도 6 및 도 7은 본 발명에 따른 캔틸레버 구조체의 고유진동주파수를 설명하기 위한 그래프이다.6 and 7 are graphs for explaining the natural vibration frequency of the cantilever structure according to the present invention.

<도면의 주요 부분에 대한 부호 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>

10 : 입력부10: input unit

20 : 캔틸레버 구조체20: cantilever structure

30 : 신호발생 및 처리부30: signal generation and processing unit

31 : 액츄에이팅 신호발생모듈31: Actuating signal generating module

33 : 주파수체크모듈33: frequency check module

35 : 결과값 출력모듈35: result value output module

40 : 여기신호 발생부40: excitation signal generator

50 : 증폭/필터부50: amplification / filter unit

60 : A/D 컨버터60: A / D converter

Claims (10)

캔틸레버 구조체의 공진특성 측정장치에 있어서,In the resonance characteristic measuring device of the cantilever structure, 캔틸레버 구조체;Cantilever structure; 주파수대역을 탐색하고자 하는 구간으로 분할하고, 분할된 구간 중 첫 번째 구간에 해당하는 액츄에이팅 신호를 출력하고, 외부로부터 입력되는 변환된 여기신호를 분석하여 측정결과값을 출력하거나 상기 선정된 구간을 제외한 나머지 탐색구간 중 임의의 구간을 재 선정하여 액츄에이팅 신호가 재출력되도록 하는 신호발생 및 처리부;The frequency band is divided into sections to be searched, an actuating signal corresponding to the first section of the divided sections is output, and the measured result is output by analyzing the converted excitation signal input from the outside or the selected section. A signal generation and processing unit for reselecting an arbitrary section of the remaining search sections except for the outputting of the actuating signal; 일단에는 상기 캔틸레버 구조체가 연결되어 있으며, 타단에는 상기 신호발생 및 처리부가 연결되어 액츄에이팅 신호를 입력받고, 상기 액츄에이팅 신호에 응하여 진동이 발생하고, 발생된 진동에 따른 여기신호를 생성시켜 출력하는 여기신호 발생부;The cantilever structure is connected at one end, and the signal generation and processing unit are connected at the other end to receive an actuating signal, generate vibration in response to the actuating signal, and generate an excitation signal according to the generated vibration. An excitation signal generator for outputting; 상기 여기신호를 증폭하고 필터링하는 증폭/필터부; 및An amplifier / filter unit for amplifying and filtering the excitation signal; And 상기 증폭되고 필터링된 여기신호를 디지털 신호로 변환시켜서 상기 신호발생 및 처리부로 출력하는 A/D 컨버터;An A / D converter converting the amplified and filtered excitation signal into a digital signal and outputting the digital signal to the signal generation and processing unit; 를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 캔틸레버 구조체의 공진특성 측정장치.Resonance characteristics measurement apparatus of the cantilever structure, characterized in that configured to include. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 신호발생 및 처리부는, The signal generation and processing unit, 주파수대역을 탐색하고자 하는 구간으로 분할하고, 분할된 구간에 해당하는 액츄에이팅 신호를 생성하여 공급하는 액츄에이팅 신호 발생모듈과,An actuating signal generation module for dividing a frequency band into sections to be searched, generating and supplying an actuating signal corresponding to the divided section; 상기 A/D 컨버터로부터 입력되는 여기신호를 분석하여, 상기 액츄에이팅 신호와의 주파수 차이를 구하고, 상기 주파수 차이가 저장된 기준 범위 내에 해당되는 경우 입력된 상기 여기신호를 결과값으로 출력하는 주파수 체크모듈과, Analyze the excitation signal input from the A / D converter to obtain a frequency difference from the actuating signal, and if the frequency difference is within the stored reference range, check the frequency outputting the input excitation signal as a result value. Module, 상기 주파수 체크모듈의 결과값을 유저 인터페이스 화면에 출력하는 결과값 출력모듈,A result value output module for outputting a result value of the frequency check module to a user interface screen; 로 이루어진 것을 특징으로 하는 캔틸레버 구조체의 공진특성 측정장치.Resonance characteristics measuring device of the cantilever structure, characterized in that consisting of. 제 2 항에 있어서,The method of claim 2, 상기 주파수 체크모듈은,The frequency check module, 상기 주파수 차이가 상기 기준범위를 벗어나는 경우 기준 범위를 벗어나는 정도에 따라 주파수 스킵 구간을 설정하고, 설정된 주파수 스킵구간에 대한 데이터를 상기 액츄에이팅 신호 발생모듈로 출력되도록 하여, 해당 구간의 주파수 대역에 포함된 액츄에이팅 신호가 출력되도록 하는 것을 특징으로 하는 캔틸레버 구조체의 공진특성 측정장치.When the frequency difference is out of the reference range, the frequency skip section is set according to the extent out of the reference range, and the data about the set frequency skip section is output to the actuating signal generation module, so as to output the frequency band of the corresponding section. Resonance characteristics measuring device of the cantilever structure, characterized in that for outputting the included actuating signal. 제 2 항에 있어서,The method of claim 2, 상기 주파수 체크모듈은,The frequency check module, 상기 주파수 차이에 따라 상기 주파수 대역의 전체 범위를 재 설정할 수 있도록 전체 범위 재 설정정보를 생성하여 상기 액츄에이팅 신호 발생모듈로 출력되도록 하는 것을 특징으로 하는 캔틸레버 구조체의 공진특성 측정장치.Resonance characteristics measuring device of the cantilever structure, characterized in that for generating the entire range reset information to reset the entire range of the frequency band in accordance with the frequency difference is output to the actuating signal generation module. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 여기신호 발생부는,The excitation signal generator, 반전 단자(-)에는 상기 캔틸레버 구조체가 연결되며, 비반전단자(+)에는 상기 액츄에이팅 신호를 공급받는 증폭소자와,An inverting terminal (-) is connected to the cantilever structure, and a non-inverting terminal (+) is an amplifying device for receiving the actuating signal; 상기 반전 단자(-)와 상기 증폭소자의 출력단 사이에 연결되는 충전소자와,A charging device connected between the inverting terminal (-) and an output terminal of the amplifying device; 상기 충전소자와 병렬로 연결되는 위상지연 방지소자와,A phase delay preventing element connected in parallel with the charging element; 관리자의 조작에 따라 상기 충전소자 또는 위상지연 방지소자가 상기 반전 단자(-)와 연결되도록 하는 절환되는 스위치,A switch for switching the charging device or the phase delay preventing device to the inverting terminal (-) according to a manager's operation; 를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 캔틸레버 구조체의 공진특성 측정장치.Resonance characteristics measuring device of the cantilever structure, characterized in that made, including. 제 5 항에 있어서,The method of claim 5, wherein 상기 위상지연 방지소자는, 저항소자인 것을 특징으로 하는 캔틸레버 구조체의 공진특성 측정장치.The phase delay prevention device is a resonance element measuring device of the cantilever structure, characterized in that the resistance element. 제 5 항에 있어서,The method of claim 5, wherein 상기 충전소자는, 캐패시터 소자인 것을 특징으로 하는 캔틸레버 구조체의 공진특성 측정장치.The charging device is a resonance element measuring device of the cantilever structure, characterized in that the capacitor element. 캔틸레버 구조체의 공진특성 측정방법에 있어서,In the method of measuring the resonance characteristic of the cantilever structure, (1) 관리자에 의해 설정된 주파수 대역을 탐색하고자 하는 구간별로 분할시키는 단계;(1) dividing the frequency band set by the administrator for each section to be searched; (2) 분할된 주파수 구간 중 첫 번째 구간의 주파수 대역을 선택하는 단계;(2) selecting a frequency band of the first interval among the divided frequency intervals; (3) 상기 선택된 주파수 대역에 해당되는 액츄에이팅 신호를 생성, 공급하여 캔틸레버 구조체가 진동하도록 하는 단계;(3) generating and supplying an actuating signal corresponding to the selected frequency band to cause the cantilever structure to vibrate; (4) 상기 캔틸레버 구조체의 진동에 따른 여기신호를 발생시켜 공급하는 단계;(4) generating and supplying an excitation signal according to the vibration of the cantilever structure; (5) 상기 여기신호를 증폭하고 필터링 시키는 단계;(5) amplifying and filtering the excitation signal; (6) 상기 증폭되고 필터링된 여기신호를 디지털 신호로 변환시켜서 공급하는 단계;(6) converting and supplying the amplified and filtered excitation signal into a digital signal; (7) 상기 변환된 여기신호를 분석하여, 상기 액츄에이팅 신호와 주파수 차이를 구하고 상기 차이가 기준이 되는 범위 내에 해당되는 지를 체크하는 단계;(7) analyzing the converted excitation signal to obtain a frequency difference from the actuating signal and checking whether the difference falls within a reference range; (8) 상기 체크결과 상기 주파수 차이가 기준이 되는 범위 내에 해당되는 지를 판단하는 단계; 및 (8) determining whether the frequency difference is within a reference range as a result of the check; And (9) 상기 판단결과 주파수 차이가 기준이 되는 범위 내에 해당될 경우 입력된 상기 여기신호를 결과 값으로 유저인터페이스 화면에 출력시키는 단계;(9) outputting the input excitation signal to the user interface screen as a result value when the frequency difference is within a reference range as a result of the determination; 를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 캔틸레버 구조체의 공진특성 측정방법.Resonance characteristics measuring method of the cantilever structure, characterized in that comprises a. 제 8 항에 있어서,The method of claim 8, 상기 (8) 단계의 판단 결과, 상기 주파수 차이가 상기 기준범위를 벗어나는 경우 기준 범위를 벗어나는 정도에 따라 주파수 스킵 구간을 설정하고, 설정된 주파수 스킵구간에 대한 데이터를 상기 액츄에이팅 신호 발생모듈로 출력되도록 하여, 해당 구간의 주파수 대역에 포함된 액츄에이팅 신호가 출력되도록 하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 캔틸레버 구조체의 공진특성 측정방법.As a result of the determination in step (8), when the frequency difference is out of the reference range, the frequency skip section is set according to the degree out of the reference range, and the data for the set frequency skip section is output to the actuating signal generation module. Resonance characteristics measuring method of the cantilever structure, characterized in that further comprising the step of outputting the actuating signal included in the frequency band of the corresponding section. 제 8 항에 있어서,The method of claim 8, 상기 주파수 체크모듈은,The frequency check module, 상기 주파수 차이에 따라 상기 주파수 대역의 전체 범위를 재 설정할 수 있도록 전체 범위 재 설정정보를 생성하여 상기 액츄에이팅 신호 발생모듈로 출력되도록 하는 것을 특징으로 하는 캔틸레버 구조체의 공진특성 측정장치.Resonance characteristics measuring device of the cantilever structure, characterized in that for generating the entire range reset information to reset the entire range of the frequency band in accordance with the frequency difference is output to the actuating signal generation module.
KR1020080051195A 2008-05-30 2008-05-30 Resonance characteristic measurement apparatus of cantillever structure and measurement method thereof KR20090124789A (en)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020080051195A KR20090124789A (en) 2008-05-30 2008-05-30 Resonance characteristic measurement apparatus of cantillever structure and measurement method thereof
PCT/KR2008/004274 WO2009145385A1 (en) 2008-05-30 2008-07-22 Resonance characteristic measurement apparatus of cantilever structure and measurement method thereof

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020080051195A KR20090124789A (en) 2008-05-30 2008-05-30 Resonance characteristic measurement apparatus of cantillever structure and measurement method thereof

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20090124789A true KR20090124789A (en) 2009-12-03

Family

ID=41377241

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020080051195A KR20090124789A (en) 2008-05-30 2008-05-30 Resonance characteristic measurement apparatus of cantillever structure and measurement method thereof

Country Status (2)

Country Link
KR (1) KR20090124789A (en)
WO (1) WO2009145385A1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107342706A (en) * 2017-08-29 2017-11-10 华南理工大学 A kind of piezoelectric actuator response lag characteristic device for identifying and method
CN108872063A (en) * 2018-09-07 2018-11-23 吉林大学 A kind of minimal feeding device and method based on parametric excitation and synchro-resonance

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101699438B1 (en) * 2015-11-12 2017-01-25 공주대학교 산학협력단 Apparatus for detecting local damage of a structure and method thereof
CN112069707B (en) * 2020-08-25 2024-03-19 一汽解放青岛汽车有限公司 Evaluation method, device, equipment and storage medium for automobile cantilever member
CN116136206A (en) * 2023-03-23 2023-05-19 中国华能集团清洁能源技术研究院有限公司 Characteristic oscillation frequency early warning method and system of wind turbine generator

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6457360B1 (en) * 2001-02-21 2002-10-01 Conel Ltd. High-precision integrated semiconductor peizoresistive detector devices and methods using the same
US7282329B2 (en) * 2002-08-22 2007-10-16 Massachusetts Institute Of Technology Suspended microchannel detectors
KR100552696B1 (en) * 2003-11-12 2006-02-20 삼성전자주식회사 Apparatus and method for detecting biomolecular mass with an oscillating circuit
JP5224084B2 (en) * 2006-11-08 2013-07-03 独立行政法人産業技術総合研究所 Cantilever resonance characteristics evaluation method

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107342706A (en) * 2017-08-29 2017-11-10 华南理工大学 A kind of piezoelectric actuator response lag characteristic device for identifying and method
CN107342706B (en) * 2017-08-29 2023-04-21 华南理工大学 Piezoelectric driver response hysteresis characteristic identification device and method
CN108872063A (en) * 2018-09-07 2018-11-23 吉林大学 A kind of minimal feeding device and method based on parametric excitation and synchro-resonance
CN108872063B (en) * 2018-09-07 2023-11-07 吉林大学 Trace substance detection device and method based on parameter excitation and synchronous resonance

Also Published As

Publication number Publication date
WO2009145385A1 (en) 2009-12-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Zhou et al. Zeolite-modified microcantilever gas sensor for indoor air quality control
JP4913032B2 (en) Electrostatic measurement of chemical reactions based on stress
WO2007016113A3 (en) Nanoelectromechanical and microelectromechanical sensors and analyzers
Cunningham et al. Design, fabrication and vapor characterization of a microfabricated flexural plate resonator sensor and application to integrated sensor arrays
KR20090124789A (en) Resonance characteristic measurement apparatus of cantillever structure and measurement method thereof
WO2006044469A1 (en) Measurement of viscosity using magnetostrictive particle sensors
Pettine et al. Volatile detection system using piezoelectric micromechanical resonators interfaced by an oscillator readout
EP1679514B1 (en) Biomolecule bonding detection apparatus using rf wireless energy transmission and method thereof
US5847562A (en) Thickness gauging of single-layer conductive materials with two-point non linear calibration algorithm
US20140364325A1 (en) Array of Sensors Functionalized with Systematically Varying Receptor Materials
Lakshmanan et al. Impedance change as an alternate measure of resonant frequency shift of piezoelectric-excited millimeter-sized cantilever (PEMC) sensors
US7764070B2 (en) Bio molecular detection apparatus and method thereof
KR101842350B1 (en) The measurement apparatus for capacitive membrane sensor using mechanical resonance characteristics of membrane and the method thereof
Lee et al. An autonomous CMOS hysteretic sensor for the detection of desorption-free DNA hybridization
JP4216692B2 (en) Mass sensor
KR101103578B1 (en) Cantilever sensor
US20050266472A1 (en) Apparatus and method for detecting bio molecule using inductance device
JP5408580B2 (en) Odor sensing system
JP4180472B2 (en) Mass sensor
KR100737860B1 (en) Bio-bonding detection apparatus using wireless antenna and method thereof
KR101187725B1 (en) Cantilever sensor
WO2010002056A1 (en) Device for sensing minuteness matter
JP2004333148A (en) Analyzer
JP4158971B2 (en) Mass sensor
WO2023174496A1 (en) System an method for detecting corrosion

Legal Events

Date Code Title Description
WITN Withdrawal due to no request for examination