毕业答辩pptrev

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1、基于微悬臂梁动态模式的生物传感系统姓名：张奇专业：微纳电工指导老师：靳鹏云2011年5月2008级硕士答辩课题背景12系统设计3系统测试4主要内容总结1课题背景微悬臂梁生物传感技术高灵敏度生物传感器1999年，Yang等人用超薄微悬臂梁检测水分子质量，质量分辨率达到2.9×10-17g。2003年，美国橡树岭实验室用微悬臂梁检测炸药分子，质量分辨率达到70pg。2009年，Xian等人利用微悬臂梁分辨出了浓度为27mg/dL的葡萄糖溶液。1课题背景微悬臂梁生物分子f2f1有效质量变化常数微悬臂梁吸附物质前的共振频率微悬臂梁吸附物质后的共振频率1课题背景主要的激振方法有：光热激励压电激励声波激

2、励AA(AcousticActivated)电磁激励MA(MagneticActivated)电热激励静电激励课题背景12系统设计3系统测试4主要内容总结2系统设计系统整体方案执行机构1)执行机构设计2系统设计内部结构稳光玻璃组件空心线圈磁场分布公式电感计算公式驱动电路的输出能力微悬臂梁安装的方便性2)微悬臂梁驱动电路设计2系统设计AAMA选择开关功率运放至压电片至磁线圈3)品质因子控制电路设计—依据2系统设计B.Anczykowski,AnalysisoftheinteractionmechanismsindynamicmodeSFMbymeansofexperimentaldataand

3、computersimulation.Appl.Phys.A,1998,66,S885–S889.3)品质因子控制电路设计—具体实施方案2系统设计高通滤波90度移相级增益控制级叠加级Q增减选择级反相级4）温度控制电路设计2系统设计保护电路接加热片接温度传感器至PC机保护温度设定固态继电器经PID算法调制的PWM波5）系统软件—主窗体界面2系统设计激光位置显示扫频监控温度监控5）系统软件—关键参数显示界面2系统设计共振频率光强品质因子扫频最大幅值光斑位置5）系统软件—扫频程序流程图2系统设计5）系统软件—温度控制程序流程图2系统设计2系统设计微悬臂梁驱动和温控电路板执行和检测装置品质因子控制电

4、路上位机系统整体实物图课题背景12系统设计3系统测试4主要内容总结3系统测试1）空气中温度控制效果测试。2）空气中室温下AA模式和MA模式比较。3）空气中温变条件下AA模式和MA模式比较。4）去离子水中室温下AA和MA的结果对比。5）空气中品质因子控制电路的验证。6）去离子水中品质因子控制电路的验证。1）空气中温度控制效果3系统测试室温40℃40℃30℃30℃35℃2）空气中室温下AA模式和MA模式比较由AA切换到MA共振频率fc跳动区间基本一致，区间长度都为16Hz，所以fc分辨率都为32Hz，质量分辨率都为64pg3系统测试3）空气中温变条件下AA模式和MA模式比较AA切换致MAMA切换

5、致AA在这种温变环境下，MA模式的质量分辨率是AA模式的两倍，其温度稳定性较好。3系统测试AA室温阶段AA30℃阶段MA室温阶段MA30℃阶段4）去离子水中室温下AA和MA的结果对比AA模式的共振频率波动区间为[128,129.4]kHz，区间长度为1.4kHz，所以共振频率分辨率为2.8kHz，质量分辨率为10.9ngMA模式的共振频率波动区间为[124,132]kHz，区间长度为8kHz，所以共振频率分辨率为16kHz，质量分辨率为92.7ng。3系统测试5）空气中品质因子控制电路的验证Q=461Q=829质量分辨率为333.1pg，比Vpp=0.05时的64pg弱了5倍。3系统测试共振

6、频率fc漂移区间变为[162048,162052],Hz跳动幅值为4Hz，这时其共振频率分辨率为8Hz，质量分辨率为15.9pg，是没加品质因子控制电路时的21倍。Q=8295）空气中品质因子控制电路的验证3系统测试6）去离子水中品质因子控制电路的验证共振频率跳动区间为[132.4,132.608]kHz，区间长度为208Hz，所以其共振频率分辨率为416Hz，质量分辨率为1.5ng。比实验4）水溶液中AA模式的10.9ng提高了7.3倍。3系统测试无Qcontrol有Qcontrol课题背景12系统设计3系统测试4主要内容总结4总结1：实现了微悬臂梁的磁激励技术，对AA和MA两种模式分别在

7、空气中和水溶液中进行了比较。2：实现了生物实验环境的温度控制，使得本装置可以进行有温度要求的生物或化学检测实验。3：分别在空气中和水溶液中实现了品质因子的大幅度提高，并用实验证明了品质因子的大幅提高可以给传感系统带来质量分辨率的明显改善。此品质因子控制电路对课题组AFMtapping模式下的高分辨率成像也有很大作用。4：若要获得更稳定的高品质因子，进一步的工作中将需要设计激光控制电路。[1]张奇，任权，靳鹏云