基于光学读出的微悬臂梁温度传感器研制  被引量:2

Development of a Microcantilever Temperature Sensor Based on Optical Readout

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作  者:邬林[1] 吴定强 张青川[1] 

机构地区:[1]中国科学技术大学中科院材料力学行为和设计重点实验室,合肥230027 [2]大庆油田测试技术服务分公司,大庆163453

出  处:《实验力学》2012年第6期696-702,共7页Journal of Experimental Mechanics

基  金:国家自然科学基金(批准号:11127201、11072233)资助的课题

摘  要:为实现对环境温度的高分辨率、快速、准确测量,设计制作了一种基于光学读出的微悬臂梁温度传感器。由于组成微悬臂梁的两种材料金和氮化硅热膨胀系数的差异,在温度变化时,梁内部会产生热应力导致其弯曲变形。不同温度下梁的弯曲变形量不同,利用光杠杆方法检测出此变形,经标定后就能实现环境温度的准确测量。实验中设定系统光臂长度为25mm,采用商业化三角形微悬臂梁(长200μm、宽40μm、氮化硅层厚0.6μm,金层厚60nm)对传感器进行了测试,实验结果显示其测量重复性好,温度分辨率达到0.02℃。对于特定尺寸的微悬臂梁,通过优化其双材料厚度比,温度分辨率可达10-4℃,可用于环境温度的精密测量。In order to realize rapid,precise and high-resolution measurement of ambient temperature,a microcantilever temperature sensor was self-designed and manufactured based on optical readout.The bending deformation of microcantilever caused by internal thermal stress variation along with temperature due to the thermal expansion coefficient of two materials-gold and silicon nitride.Then,temperature can be accurately measured by calibrating the cantilever deflection based on optical lever method.In experiment,a commercially available triangular microcantilever was tested(Its parameters: length 200μm,width 40μm,0.6μm thickness of SiNx,and 0.06μm thickness of Au).Experimental results show that the sensor presents good measurement repeatability;its temperature resolution reaches 20mK,when 25mm length of optical arm was set.For a particular microcantilever size,the temperature resolution can be as high as 0.01mK by optimizing bi-material thickness ratio,which can be used for precise temperature measurement.

关 键 词:微悬臂梁 温度传感器 光杠杆 高分辨率 热应力 

分 类 号:TP212.11[自动化与计算机技术—检测技术与自动化装置]

 

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