本文關鍵詞：SU-8膠光彈性微力傳感器的研究

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【摘要】：隨著對微納米領域科學研究的不斷深入,獲取微納米尺度下物體的力學信息已經(jīng)成為了研究的熱點問題。微力傳感器作為MEMS領域中一種重要的微傳感器件,能夠實現(xiàn)對微納米尺度下物體的力的測量,被廣泛地應用于生物醫(yī)學、材料化學等領域,并有效地幫助了這些學科取得創(chuàng)新與進展。因此,設計一款具有工藝簡單、周期短、成本低,同時靈敏度高、生物兼容性優(yōu)良、功耗小等特點的微力傳感器有著重要的意義。SU-8膠是一種環(huán)氧樹脂型光刻膠,由于其優(yōu)良的機械特性、加工特性以及生物兼容性,被廣泛地應用于MEMS領域。同時,作為一種光彈性材料,SU-8膠具有良好的光彈性性能。當SU-8膠的內(nèi)部存在應力時,光束透過后由于光彈性效應會產(chǎn)生雙折射現(xiàn)象。光彈性作為一種有效分析和解決光彈性材料結構應力的非接觸式實驗測量方法,在工程、材料、醫(yī)學等宏觀領域得到了應用,而在MEMS領域的研究卻少有報道。本文提出了一種基于光彈性原理的微力測量方法,并基于該方法利用SU-8膠的光彈性效應完成了微力傳感器的設計與制作。首先,本文對光彈性原理進行了分析,并對基于光彈性原理的微力測量方法進行了理論驗證,對傳感器微力測量系統(tǒng)光路進行了設計。其次,對SU-8膠的光彈性性能進行了研究。其中,獲取SU-8膠應力光學系數(shù)是研究的關鍵所在。因此,本文設計、搭建了SU-8膠光彈性顯微測量光路,并推導了其應力光學系數(shù)的計算公式。然后,對通過MEMS工藝制作得到的SU-8膠試樣進行了拉伸實驗,完成了SU-8膠應力光學系數(shù)的測量,其測量值為(3.007+0.081)×10-11m2/N,為微力傳感器的設計與制作奠定了基礎。最后,依照所提出微力測量方法,設計了微力傳感器的結構并對其進行了仿真,通過微制造工藝完成了傳感器的制作,并對工藝參數(shù)進行了優(yōu)化。在建立接收光信號與光彈性微力傳感器受力關系的基礎上,搭建了傳感器性能測試實驗裝置,在SU-8膠材料光彈性條紋的單個半級數(shù)范圍內(nèi)完成了性能測試實驗。實驗結果表明：所設計的傳感器的測量區(qū)間為0-3000μN,力的靈敏度為1.26667x10-6/μN,線性度誤差為8.64%,重復性誤差為4.59%,分辨率優(yōu)于301μN。由測試結果可知,所設計的微力傳感器可以實現(xiàn)測量外界微力的大小,并且其工藝簡單、制作周期短。此外,由于SU-8膠具有生物兼容性以及光彈性法非接觸測量等特點,這種傳感器在生物醫(yī)學、材料化學等領域有著良好的應用潛力和價值。
【學位授予單位】：大連理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TP212

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 劉廷;吳曉軍;趙河明;;PVDF微力傳感器的設計[J];儀表技術與傳感器;2014年10期

2 沈飛;徐德;唐永建;吳文榮;余大海;;微操作/微裝配中微力覺的測量與控制技術研究現(xiàn)狀綜述[J];自動化學報;2014年05期

3 李志誠;唐志列;陳萍;陳飛虎;;基于斯托克斯參量的光彈性應力分布及成像方法研究[J];光學學報;2012年05期

4 褚金奎;陳兆鵬;張然;;集成銅金屬壓阻層的SU-8膠懸臂梁微力傳感器的制作[J];光學精密工程;2011年12期

5 方如華;楊國標;;動光彈性法中若干問題的近期研究進展[J];實驗力學;2011年05期

6 王淑華;;MEMS傳感器現(xiàn)狀及應用[J];微納電子技術;2011年08期

7 王偉忠;趙玉龍;林啟敬;;MEMS三維微力探針傳感器設計及性能測試[J];納米技術與精密工程;2011年03期

8 尹光志;李小雙;郭文兵;;大傾角煤層工作面采場圍巖礦壓分布規(guī)律光彈性模量擬模型試驗及現(xiàn)場實測研究[J];巖石力學與工程學報;2010年S1期

9 馮小琴;宋文愛;馬錦紅;;光彈性技術測試應力[J];電子測試;2009年02期

10 計欣華;張麗娜;史麗軍;陳金龍;秦玉文;;數(shù)字光彈性相移法中全場等傾角和等差線相位[J];光學學報;2008年02期

中國博士學位論文全文數(shù)據(jù)庫 前2條

1 花世群;發(fā)光光彈性涂層方法研究[D];江蘇大學;2013年

2 雷振坤;彩色域數(shù)字光彈性中數(shù)據(jù)采集技術的應用研究[D];大連理工大學;2002年

中國碩士學位論文全文數(shù)據(jù)庫 前4條

1 陳兆鵬;SU-8金屬應變式微力傳感器的設計與制作[D];大連理工大學;2012年

2 徐曉姍;偏振光斯托克斯參量的分振幅測量系統(tǒng)的設計與實驗研究[D];浙江大學;2011年

3 盧曉光;壓電薄膜微力傳感器特性研究[D];大連理工大學;2006年

4 陳振生;光彈性應力分析的數(shù)據(jù)自動采集和圖像處理及彈塑性問題的混合解法[D];大連理工大學;2003年

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