專利名稱：一種微電子機械傳感器的選擇性模態(tài)自激勵方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種微電子機械系統(tǒng)控制技術(shù)領(lǐng)域，更具體涉及一種微電子機械傳感 器的被動光學選擇性模態(tài)自激勵方法，同時還涉及一種微電子機械傳感器的被動光學選擇 性模態(tài)自激勵的裝置，這種方法可以廣泛適用于掃描探針顯微鏡的微電子機械測力傳感 器、微電子機械生物傳感器與生物分子測試芯片、微電子機械化學傳感器與氣體傳感芯片 和微電子機械質(zhì)量傳感器與應(yīng)力傳感器的優(yōu)化控制。
背景技術(shù)：
目前，微電子機械系統(tǒng)被廣泛應(yīng)用于物理、化學和生物領(lǐng)域的高靈敏度傳感器件。 目前，微電子機械傳感的工作模式主要有振幅測量、相位測量和頻率變化(頻差)測量等幾 種方法。其中，振幅測量和相位測量是通過測量微電子機械傳感器的振幅或相位變化來獲 得待測信號。這種測量技術(shù)是一種穩(wěn)定態(tài)下的測量技術(shù)，也就是說它要求微電子機械傳感 器達到穩(wěn)定狀態(tài)后才能獲得真實可靠的信息。隨著目前實際應(yīng)用要求的不斷提高，更高Q 值和更小彈性常數(shù)的微電子機械傳感器開始越來越廣泛的應(yīng)用到各個科研與技術(shù)領(lǐng)域。但 是，這種高Q值的微電子機械傳感器相對于之前的低Q值微電子機械傳感去而言，其達到穩(wěn) 定狀態(tài)所需要的時間更長。為了解決這一問題，頻差測量方法已經(jīng)開始廣泛應(yīng)用于這種高 Q值微電子機械傳感器的應(yīng)用環(huán)境中。這種技術(shù)可以實現(xiàn)非穩(wěn)定態(tài)下的準確測量，而且可 以減小傳感器本身給測量環(huán)境帶來的影響。目前，微電子機械傳感器的自激勵技術(shù)已經(jīng)開 始在頻差測量模式獲得了越來越多的應(yīng)用，并取得了大量的研究成果。此外，為了獲得更加 靈敏的測量，目前在微電子機械傳感器的高階模態(tài)使用方面也開展了大量的科學研究。這 些研究表明，使用微電子機械傳感器的高階模態(tài)可以獲得更加實現(xiàn)更加靈敏的測量。探測 到某些利用基態(tài)所難以探測到的物理信息。通過，將自激勵技術(shù)用于微電子機械傳感器的 高階模態(tài)上，不僅可以提高信號采集的速度，而且可以實現(xiàn)更加靈敏的信號測量。目前，微 電子機械傳感器自激勵主要采用的是主動控制的方式實現(xiàn)的。這種方法確實可以實現(xiàn)肯準 確可靠的控制。但是，這種控制方法本身受到控制系統(tǒng)自身噪聲水平的限制，在實現(xiàn)微電子 機械傳感器的自激勵時會在一定的程度上降低微電子機械傳感器的測量靈敏度。而目前 所采用的被動控制方法基本上都是基于特定的微電子機械傳感器設(shè)計的。這種方法往往是 在傳感自身集成一個激勵源，可以在某些具體的應(yīng)用中確實發(fā)揮有效的作用。但是，這種方 法由于要求特殊的使用特殊的微電子機械傳感器，它本身在很大程度上也限制了其應(yīng)用范 圍。而且，受到激勵源響應(yīng)特性的限制，這種方法在實現(xiàn)微電子機械傳感器高階模態(tài)自激勵 的時候會存在一定的問題。同時，這種設(shè)計本身通常會降低傳感器的靈敏度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是在于提供了一種微電子機械傳感器的選擇性模態(tài)自激勵方法，該 方法利用被動光學的控制激勵，具有簡單、高效、成本低，操作簡單，適用面廣等特點。這種 被動光學自激勵技術(shù)利用激光作用在微電子機械傳感器上的熱輻射力作為微電子機械傳感器運動的激勵源，具有很高的控制效率。通過將激光照射在微電子機械傳感器的不同位 置上，可以微電子機械傳感器不同模態(tài)的自激勵。這種微電子機械傳感器的被動光學選擇 性模態(tài)自激勵可以在保留微電子機械傳感器的高靈敏度的同時實現(xiàn)微電子機械傳感器各 個模態(tài)的選擇性自激勵，顯著提高高靈敏度微電子機械傳感器的響應(yīng)速度，尤其可以滿足 不同微電子機械傳感器的使用要求，對微電子機械傳感器沒有特殊的設(shè)計要求。本發(fā)明的另一個目的是在于提供了一種微電子機械傳感器的選擇性模態(tài)自激勵 的裝置，這種控制裝置結(jié)構(gòu)簡單，成本低，是一種測控一體的裝置。而且由于這種控制裝置 的主要控制部件為光學部件，使得這種控制裝置具備良好的抗外界電磁干擾的能力，不易 在微電子機械傳感器測量系統(tǒng)中弓丨入額外的控制系統(tǒng)噪聲。為了實現(xiàn)上述的目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案 一種微電子機械傳感器的被動光學反饋控制方法，其步驟是 A、構(gòu)建微型光學諧振腔
a、利用微電子機械傳感器固定裝置(ANPxlOl，Attocubesystems)使0°拋光后的單模 光纖端面(拋光的角度誤差士0. 5° )正對微電子機械傳感器的平表面并平行放置；
b、通過步進式位移調(diào)節(jié)平臺使經(jīng)過平面拋光后的單模光纖端面逐漸靠近微電子機械 傳感器的表面，最終使它們間距在10 40mm之間，形成微型光學諧振腔；
c、利用微電子機械傳感器固定裝置調(diào)節(jié)激光在微電子機械傳感器上照射點，根據(jù)所要 激勵的模態(tài)不同，選擇合適的激光照射點，使得在該照射上傳感器只有相應(yīng)的模態(tài)被激發(fā)， 而其他模態(tài)不會被顯著激發(fā)。對于懸臂梁型的傳感器其前三階振動的選擇性自激發(fā)可以 在相應(yīng)的激光照射區(qū)間內(nèi)實現(xiàn)一階振動的自激發(fā)需要將激光照射到25%L 75%L，實現(xiàn)二 階振動的自激發(fā)需要將激光照射到15%L 85%L，實現(xiàn)三階振動的激發(fā)需要將激光照射到 10%L 90%L，其中L表示微懸臂梁的長度。B、產(chǎn)生穩(wěn)定的激光
a、打開激光器電源給激光器供電，給激光器(SCW1301G-200FCR，laserdiode incorporated)設(shè)置一個較大的激光發(fā)射功率(對于高靈敏度的微電子機械傳感器，設(shè)置激 光功率大約在0. 2 2mW ；對于低靈敏度的微電子機械傳感器，激光功率設(shè)置得更高，大約 IOmff)；
b、開啟激光器冷卻系統(tǒng)(對于小功率激光器可采用風冷；對于大功率激光器應(yīng)該采用 水冷)，等待20 40分鐘，使激光器的工作溫度穩(wěn)定；
C、調(diào)節(jié)光學諧振腔工作點
a、使用壓電陶瓷微位移調(diào)節(jié)裝置(ANPxlOl，Attocubesystems)，在所用激光波長1/2 倍的范圍內(nèi)連續(xù)調(diào)節(jié)平面拋光后的單模光纖端面與微電子機械傳感器表面的距離；
b、通過監(jiān)視測量得到的微電子機械傳感器振動信號，觀察微電子機械傳感器在兩種不 同失諧狀態(tài)下的振動狀態(tài)，在可以使相應(yīng)模態(tài)激發(fā)的失諧狀態(tài)下工作。D、調(diào)節(jié)自激勵強度
a、自激勵強度完全由激光器的功率控制的，并與激光功率成正比，激光器的功率越大 自激勵強度越大，反之越小。根據(jù)具體使用需要，設(shè)置合適的激光功率以獲得合適的自激勵 強度；
b、當確定了合適的激光功率(這個由步驟a確定)，即自激勵強度之后，等待20 40分鐘，待激光器的輸出功率達到穩(wěn)定后，確認自激勵強度是否合適，若與期望值有偏差可對激 光器功率進行微調(diào)，每次微調(diào)后等待大約5分鐘，使激光器達到穩(wěn)定，直到獲得理想的自激 勵強度。一種微電子機械傳感器的選擇性模態(tài)自激勵的裝置，它由光學系統(tǒng)、微位移調(diào)節(jié) 裝置和微電子機械傳感器固定與調(diào)節(jié)裝置組成，其特征在于光學系統(tǒng)通過單模光纖與微 位移調(diào)節(jié)裝置中壓電陶瓷微位移調(diào)節(jié)裝置相連，微位移調(diào)節(jié)裝置通過步進式位移調(diào)節(jié)平臺 與微電子機械傳感器固定與調(diào)節(jié)裝置中微電子機械傳感器固定裝置連接，微電子機械傳感 器安裝在微電子機械傳感器調(diào)節(jié)裝置上。其中
所述的光學系統(tǒng)由激光器(SCW1301G-200FCR，laser diode incorporated)、激光器電 源、激光器冷卻器(5W電風扇)、單模光纖和FC/APC光纖適配器(型號就是FC/APC)組成。激 光器電源與激光器連接，激光器冷卻器(如電風扇等)安裝于緊鄰激光器的地方或與激光器 緊密接觸，單模光纖一端通過FC/APC光纖適配器與激光器連接，單模光纖另外一端的端面 進行平面拋光后固定到壓電陶瓷微位移調(diào)節(jié)裝置上。微電子機械傳感器安裝在微電子機械 傳感器調(diào)節(jié)裝置上。所述的微位移調(diào)節(jié)裝置由步進式位移調(diào)節(jié)平臺(ANPxlOl，Attocube systems) 及其驅(qū)動控制器(ANC250，attocube systems)和壓電陶瓷微位移調(diào)節(jié)裝置(AN&50， attocube systems)及其驅(qū)動控制器(ANC250, attocube systems)組成。壓電陶瓷微位移 調(diào)節(jié)裝置固定在步進式位移調(diào)節(jié)平臺上，單模光纖固定在壓電陶瓷微位移調(diào)節(jié)裝置上，步 進式位移調(diào)節(jié)平臺和壓電陶瓷微位移調(diào)節(jié)裝置分別與步進式位移調(diào)節(jié)平臺、驅(qū)動控制器和 壓電陶瓷驅(qū)動控制器連接。所述的微電子機械傳感器固定與調(diào)節(jié)裝置由微電子機械傳感器調(diào)節(jié)裝置 (ANPxlOl, Attocube systems)和微電子機械傳感器固定裝置(根據(jù)其他部件的尺寸設(shè)計的 一個可以固定這些部件的零件，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員不付出任何創(chuàng)造性勞動均能制備) 組成。微電子機械傳感器固定裝置是一個微電子機械傳感器調(diào)節(jié)裝置和步進式位移調(diào)節(jié)平 臺的固定平臺，它將單模光纖端面垂直與微電子機械傳感器表面固定。微電子機械傳感器 調(diào)節(jié)裝置安裝在微電子機械傳感器固定裝置上。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點和效果
本發(fā)明使用微電子機械傳感器的選擇性模態(tài)自激勵的裝置實現(xiàn)了微電子機械傳感器 各個模態(tài)的選擇性自激勵，我們在液氮溫度(77K)到室溫范圍內(nèi)利用這種選擇性模態(tài)自激 勵方法實現(xiàn)了微懸臂梁前三個模態(tài)的選擇性自激發(fā)，顯著的提高了頻差測量模式的靈敏 度。實驗結(jié)果表明該控制方法可以實現(xiàn)微電子機械傳感器的不同模態(tài)的自激發(fā)，具有很好 的可靠性和可控性，是一種測控一體的簡單、高效、成本低，操作簡單，適用面廣的控制方 法。使用主動控制實現(xiàn)微電子機械傳感器的激發(fā)時，需要使用特定的控制單元，使得微電子 機械傳感器的控制效果依賴于控制系統(tǒng)的本身噪聲，會在一定程度上降低傳感器的測量靈 敏度。本發(fā)明使用被動光學的控制方法，在實現(xiàn)微電子機械傳感器的自激發(fā)同時不會引入 額外的系統(tǒng)噪聲，不影響微電子機械傳感器的測量信噪比和測量靈敏度。同時，相對于傳統(tǒng) 的微電子機械傳感器的自激勵方法，本發(fā)明完全不依賴于特殊的微電子機械傳感器設(shè)計， 不需要在傳感器本省集成任何的激勵源，完全不會影響微電子機械傳感器的測量信噪比和 測量靈敏度，可以輕松實現(xiàn)各個模態(tài)的選擇性激發(fā)，具有更加廣泛的適用性。


圖1為一種微電子機械傳感器的選擇性模態(tài)自激勵裝置的結(jié)構(gòu)示意圖 圖2為一種光學系統(tǒng)原理示意圖
圖3為一種微位移調(diào)節(jié)裝置的示意圖 圖4為一種微電子機械傳感器固定與調(diào)節(jié)裝置的示意圖
圖5是利用本微電子機械傳感器的選擇性模態(tài)自激勵方法實現(xiàn)原子力顯微鏡微懸 臂梁控制的實施例
其中1.激光器電源，2.激光器冷卻裝置(5W風扇)，3.激光器(SCWl 301G-200FCR， Laser diode incorporated)，4. FC/APC 光纖適配器，5.單模光纖(9/125/900 單模光纖)， 6.微電子機械傳感器(微懸臂梁，NSG01，NT-MDT)，7.步進式位移調(diào)節(jié)平臺(ANPxlOl， Attocube systems)，8.壓電陶瓷微位移調(diào)節(jié)裝置(AN&50, Attocube systems)，9.步進式 位移調(diào)節(jié)平臺驅(qū)動控制器(ANC;35，Attocube systems), 10.壓電陶瓷驅(qū)動控制器(ANC250， Attocube systems), 11.微電子機械傳感器調(diào)節(jié)裝置(ANPxlOl，Attocube systems), 12.微電子機械傳感器固定裝置(已在實施例3中描述)，13.激光光纖干涉儀(USB Fiber Interferometer, Nanomagnetics), 14.原子力顯微鏡測量控制臺 Gnspiron 580s, DELL)。
具體實施例方式實施例1
一種微電子機械傳感器的選擇性模態(tài)自激勵方法，其步驟是 利用如圖4所示的微電子機械傳感器固定與調(diào)節(jié)裝置，將0°拋光后的單模光纖端面 (拋光的角度誤差士0.5° )正對微電子機械傳感器的平表面并平行放置，并使用步進式位 移調(diào)節(jié)平臺使經(jīng)過平面拋光后的單模光纖端面逐漸靠近微電子機械傳感器的表面，最終使 它們的間距在10 40mm，形成微型光學諧振腔；
A、利用如圖2所示的光學系統(tǒng)產(chǎn)生穩(wěn)定的激光。打開激光器電源給激光器供電，通過 調(diào)節(jié)激光器電源的輸出電流給激光器設(shè)置一個較大的激光發(fā)射功率(對于高靈敏度的微電 子機械傳感器，設(shè)置激光功率大約200mW ；對于低靈敏度的微電子機械傳感器，激光功率設(shè) 置得更高，約為2mW);然后，開啟激光器冷卻系統(tǒng)(對于小功率激光器可采用風冷；對于大功 率激光器應(yīng)該采用水冷)，等待20 40分鐘，使激光器的工作條件穩(wěn)定；
B、調(diào)節(jié)激光照射點，根據(jù)微電子機械傳感器的類型以及需要實現(xiàn)自激發(fā)的模態(tài)階數(shù)， 將激光照射在微電子機械傳感器的相應(yīng)區(qū)域上；
C、利用如圖3所示的微位移調(diào)節(jié)裝置調(diào)節(jié)光學諧振腔工作點，操作壓電陶瓷驅(qū)動控制 器通過壓電陶瓷微位移調(diào)節(jié)裝置，在所用激光波長1/2倍的范圍內(nèi)連續(xù)調(diào)節(jié)平面拋光后的 單模光纖端面與微電子機械傳感器表面的距離；監(jiān)視測量微電子機械傳感器相應(yīng)模態(tài)的振 動信號，在某一失諧狀態(tài)下其振動會被激發(fā)，而在另一失諧狀態(tài)下其振動會被抑制。利用這 一特性，將工作點設(shè)定到可以使所需振動激發(fā)的失諧狀態(tài)下。D、調(diào)節(jié)激光光纖干涉儀的輸出功率，改變自激勵強度；通過改變激光器電源的輸 出電流控制激光器的輸出功率，輸出激光功率越大自激勵強度越大，反之亦然，在獲得合適 的自激勵強后等待20 40分鐘，待激光器的輸出功率達到穩(wěn)定后，被動光學自激勵控制系統(tǒng)即可達到穩(wěn)定工作狀態(tài)。實施例2:
利用一種微電子機械傳感器的選擇性模態(tài)自激勵方法實現(xiàn)掃描力顯微鏡微懸臂梁控 制的方法，其步驟是
A、利用掃描力顯微鏡微電子機械傳感器固定與調(diào)節(jié)裝置，將0°拋光后的單模光 纖端面(拋光的角度誤差士 0.5° )正對微懸臂梁(一種高靈敏度微電子機械傳感器， NSG01, NT-MDT)的平表面并平行放置，并使用步進式位移調(diào)節(jié)平臺使經(jīng)過平面拋光后的單 模光纖端面逐漸靠近微電子機械傳感器的表面，最終使它們的間距在20 40mm，形成微型 光學諧振腔；
B、調(diào)節(jié)激光照射點，將激光照射在微懸臂梁長度方向的不同區(qū)間內(nèi)，可以實現(xiàn)其不同 振動的選擇性自激發(fā)；其前三階振動的選擇性自激發(fā)可以在相應(yīng)的激光照射區(qū)間內(nèi)實現(xiàn) 一階振動的自激發(fā)需要將激光照射到25%L 75%L，實現(xiàn)二階振動的自激發(fā)需要將激光照 射到15%L 85%L，實現(xiàn)三階振動的激發(fā)需要將激光照射到10%L 90%L，其中L表示微懸 臂梁的長度。C、利用測量掃描力顯微鏡懸臂梁振動的激光光纖干涉儀產(chǎn)生波長為1310nm的紅 外激光，設(shè)置激光功率為lmW，并開啟激光器冷卻風扇，等待30分鐘使激光器工作達到穩(wěn)定。D、利用微位移調(diào)節(jié)裝置調(diào)節(jié)光學諧振腔工作點，利用壓電陶瓷驅(qū)動控制器連續(xù)改 變輸出到壓電陶瓷微位移調(diào)節(jié)裝置上的控制電壓，使平面拋光后的單模光纖端面與微電子 機械傳感器表面的距離在 700nm的范圍內(nèi)連續(xù)調(diào)節(jié)；通過監(jiān)視光纖干涉儀監(jiān)視懸臂梁相 應(yīng)振動的振動情況，使光學諧振腔工作與可以使該振動增強的失諧狀態(tài)下。E、通過掃描力顯微鏡的測量控制臺改變激光光纖干涉儀的輸出激光功率，調(diào)節(jié)自 激勵強度，輸出激光功率越大被動光學控制系統(tǒng)的所能實現(xiàn)的自激勵強度大，反之亦然，在 獲得合適的自激勵強后等待20分鐘，待激光器的輸出功率達到穩(wěn)定后，即可處于穩(wěn)定工作 狀態(tài)。實施例3:
一種微電子機械傳感器的選擇性模態(tài)自激勵裝置，它由光學系統(tǒng)X、微位移調(diào)節(jié)裝置Y 和微電子機械傳感器固定與調(diào)節(jié)裝置Z組成，其特征在于光學系統(tǒng)X通過單模光纖5與微 位移調(diào)節(jié)裝置Y中壓電陶瓷微位移調(diào)節(jié)裝置8相連，微位移調(diào)節(jié)裝置Y通過步進式位移調(diào) 節(jié)平臺7與微電子機械傳感器固定與調(diào)節(jié)裝置Z中微電子機械傳感器固定裝置12連接，微 電子機械傳感器6安裝在微電子機械傳感器調(diào)節(jié)裝置11上。其中
所述的光學系統(tǒng)X由激光器3、激光器電源1、激光器冷卻裝置2、FC/APC光纖適配器4 和單模光纖5組成。激光器電源1與激光器3連接，激光器冷卻裝置2 (如風扇)安裝于緊 鄰激光器3的地方或與激光器3緊密接觸，單模光纖5 —端通過FC/APC光纖適配器4與激 光器3連接，單模光纖5另外一端的端面進行平面拋光后固定到壓電陶瓷微位移調(diào)節(jié)裝置 8上。微電子機械傳感器6安裝在微電子機械傳感器調(diào)節(jié)裝置11上。所述的微位移調(diào)節(jié)裝置Y由步進式位移調(diào)節(jié)平臺7及其驅(qū)動控制器9和壓電陶瓷 微位移調(diào)節(jié)裝置8及其驅(qū)動控制器10組成。壓電陶瓷微位移調(diào)節(jié)裝置8固定在步進式位 移調(diào)節(jié)平臺9上，單模光纖5固定在壓電陶瓷微位移調(diào)節(jié)裝置8上，步進式位移調(diào)節(jié)平臺7和壓電陶瓷微位移調(diào)節(jié)裝置8分別與步進式位移調(diào)節(jié)平臺驅(qū)動控制器9和壓電陶瓷驅(qū)動控 制器10連接。所述的微電子機械傳感器固定與調(diào)節(jié)裝置Z由微電子機械傳感器調(diào)節(jié)裝置11和 微電子機械傳感器固定裝置12組成。微電子機械傳感器固定裝置12為一個微電子機械傳 感器調(diào)節(jié)裝置11和步進式位移調(diào)節(jié)平臺7的固定平臺，它將單模光纖5端面垂直與微電子 機械傳感器6表面固定(根據(jù)其他部件的尺寸設(shè)計的一個可以固定這些部件的零件，本領(lǐng) 域的普通技術(shù)人員不付出任何創(chuàng)造性勞動均能制備)。微電子機械傳感器調(diào)節(jié)裝置11安裝 在微電子機械傳感器固定裝置12上。在本實施例中，激光光纖干涉儀作為原子力顯微鏡中懸臂梁的振動測量裝置，同 時被用來直接提供被動光學反饋控制所需要的穩(wěn)定激光光源。因此，本發(fā)明在一些利用光 學儀器方法(如激光光纖干涉測量方法、激光多普勒測量方法、四象限探測方法等等)測量 微電子機械傳感器振動的實際應(yīng)用中，實現(xiàn)被動光學選擇性模態(tài)自激勵所需的激光光源可 以由相關(guān)光學測量儀器直接提供，這樣可以進一步簡化本發(fā)明中所設(shè)計的控制裝置。因此， 本發(fā)明所涉及的一種微電子機械傳感器的選擇性模態(tài)自激勵方法尤其適用于使用光學方 法測量微電子機械傳感器振動的相關(guān)應(yīng)用。
權(quán)利要求
1.一種微電子機械傳感器的被動光學反饋控制方法，其步驟是A、構(gòu)建微型光學諧振腔a、利用微電子機械傳感器固定裝置使0°拋光后的單模光纖端面正對微電子機械傳感 器的平表面并平行放置；b、通過步進式位移調(diào)節(jié)平臺使經(jīng)過平面拋光后的單模光纖端面靠近微電子機械傳感 器的表面，它們間距在10 60mm之間，形成微型光學諧振腔；c、利用微電子機械傳感器固定裝置調(diào)節(jié)激光在微電子機械傳感器上照射點，根據(jù)所要 實現(xiàn)的自激勵的模態(tài)不同，選擇合適的激光照射點；B、產(chǎn)生穩(wěn)定的激光a、打開激光器電源給激光器供電，給激光器設(shè)置一個激光發(fā)射功率，設(shè)置激光功率 0. 2 2mW;b、開啟激光器冷卻系統(tǒng)，等待20 40分鐘，使激光器的工作溫度穩(wěn)定；C、調(diào)節(jié)光學諧振腔工作點a、使用壓電陶瓷微位移調(diào)節(jié)裝置，在所用激光波長1/2倍的范圍內(nèi)連續(xù)調(diào)節(jié)平面拋光 后的單模光纖端面與微電子機械傳感器表面的距離；b、通過監(jiān)視測量得到的微電子機械傳感器振動信號，觀察微電子機械傳感器在兩種不 同失諧狀態(tài)下的振動狀態(tài)，在可以使相應(yīng)模態(tài)激發(fā)的失諧狀態(tài)下工作；D、調(diào)節(jié)被動光學控制系統(tǒng)的自激勵強度a、自激勵控制系統(tǒng)的自激勵強度完全由激光器的功率控制，并于激光功率成正比，激 光器的功率越大反饋的自激勵強度越大，反之越小，根據(jù)具體使用需要，設(shè)置合適的激光功 率以獲得合適的自激勵強度；b、確定了激光功率，即自激勵強度之后，等待20 40分鐘，待激光器的輸出功率達到 穩(wěn)定后，確認自激勵強度，與期望值有偏差對激光器功率進行微調(diào)，每次微調(diào)后等待 5分 鐘，使激光器達到穩(wěn)定，直到獲得自激勵強度。
2.權(quán)利要求1所述的一種微電子機械傳感器的選擇性模態(tài)自激勵的裝置，它由光學系 統(tǒng)(X)、微位移調(diào)節(jié)裝置(Y)和微電子機械傳感器固定與調(diào)節(jié)裝置(Z)組成，其特征在于 光學系統(tǒng)(X)通過單模光纖(5)與微位移調(diào)節(jié)裝置(Y)中壓電陶瓷微位移調(diào)節(jié)裝置(8)相 連，微位移調(diào)節(jié)裝置(Y)通過步進式位移調(diào)節(jié)平臺(7)與微電子機械傳感器固定與調(diào)節(jié)裝 置(Z)中微電子機械傳感器固定裝置(12)連接，微電子機械傳感器(6)安裝在微電子機械 傳感器調(diào)節(jié)裝置(11)上。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種微電子機械傳感器的選擇性模態(tài)自激勵的裝置，其特征 在于所述的光學系統(tǒng)(X)由激光器(3)、激光器電源(1)、激光器冷卻器(2)、FC/APC光纖 適配器(4)和單模光纖(5)組成，激光器電源(1)與激光器(3)連接，激光器冷卻器(2)安 裝于緊鄰激光器(3 )的地方或與激光器(3 )接觸，單模光纖(5 ) 一端通過FC/APC光纖適配 器(4)與激光器(3)連接，單模光纖(5)另外一端的端面進行平面拋光后固定到壓電陶瓷微 位移調(diào)節(jié)裝置(8)上。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種微電子機械傳感器的選擇性模態(tài)自激勵的裝置，其特征 在于所述的微位移調(diào)節(jié)裝置(Y)由步進式位移調(diào)節(jié)平臺(7)及其驅(qū)動控制器(9)和壓電陶 瓷微位移調(diào)節(jié)裝置(8)及其驅(qū)動控制器(10)組成，壓電陶瓷微位移調(diào)節(jié)裝置(8)固定在步進式位移調(diào)節(jié)平臺(9 )上，單模光學纖維(5 )固定在壓電陶瓷微位移調(diào)節(jié)裝置(8 )上，步進 式位移調(diào)節(jié)平臺(7)和壓電陶瓷微位移調(diào)節(jié)裝置(8)分別與步進式位移調(diào)節(jié)平臺驅(qū)動控制 器(9)和壓電陶瓷驅(qū)動控制器(10)連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種微電子機械傳感器的選擇性模態(tài)自激勵的裝置，其特征 在于所述的微電子機械傳感器固定與調(diào)節(jié)裝置(Z)由微電子機械傳感器調(diào)節(jié)裝置(11)和 微電子機械傳感器固定裝置(12)組成，微電子機械傳感器固定裝置(12)為一個微電子機 械傳感器調(diào)節(jié)裝置(U)和步進式位移調(diào)節(jié)平臺(7 )的固定平臺，它將單模光纖(5 )端面垂 直與微電子機械傳感器(6)固定，微電子機械傳感器調(diào)節(jié)裝置(11)安裝在微電子機械傳感 器固定裝置(12)上。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種微電子機械傳感器的選擇性模態(tài)自激勵方法及裝置，其步驟是A、構(gòu)建微型光學諧振腔；B、產(chǎn)生穩(wěn)定的激光；C、調(diào)節(jié)光學諧振腔工作點；D、調(diào)節(jié)被動光學反饋控制系統(tǒng)反饋的增益。光學系統(tǒng)通過單模光纖與微位移調(diào)節(jié)裝置中壓電陶瓷微位移調(diào)節(jié)裝置相連，微位移調(diào)節(jié)裝置通過步進式位移調(diào)節(jié)平臺同微電子機械傳感器固定與調(diào)節(jié)裝置中微電子機械傳感器固定裝置連接，微電子機械傳感器安裝在微電子機械傳感器調(diào)節(jié)裝置上。該方法簡單、高效、成本低，操作簡單，適用面廣?？梢栽诒Ａ粑㈦娮訖C械傳感器的高靈敏度的同時實現(xiàn)微電子機械傳感器各個模態(tài)的選擇性自激勵，顯著提高高靈敏度微電子機械傳感器的響應(yīng)速度。
文檔編號G01H9/00GK102062787SQ20101056655
公開日2011年5月18日 申請日期2010年11月30日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月30日
發(fā)明者付號, 曹更玉 申請人:中國科學院武漢物理與數(shù)學研究所