考虑生化介质作用纳米梁非线性振动分析与控制研究

• 作 者: 万磊
• 出 处: 山东理工大学
• 发表日期: 2004年期
• 关键词: 生化介质 纳米梁非线性振动 电容式微机械声学传感器 场效应管 RLC电路

生化介质信息的检测大部分通过生物或化学方法进行,存在检测时间长、费用高等问题。为解决该问题,本文从纳米梁非线性振动的角度提出一种可用于生化介质信息检测的物理检测方法。通过研究纳米梁的非线性振动分析与控制,发现生化介质作用与纳米梁非线性振动之间的关系。本文研究了基于电容式微机械声学传感器、场效应管和RLC电路的考虑生化介质作用的纳米梁非线性振动分析与控制,通过理论分析与算例计算分析相结合,分析纳米梁的非线性振动行为,研究生化介质对纳米梁非线性振动的影响规律。首先,研究了基于电容式微机械声学传感的纳米梁非线性振动控制。电容式微机械声学传感器具有高带宽、易集成阵列化、无需匹配层、灵敏度高等优点,可用于纳米梁振动信号的检测。考虑有时滞和无时滞两种情况,建立纳米梁非线性振动控制方程,应用多尺度方法得到幅频响应方程,研究控制增益等参数与纳米梁非线性振动之间的关系。考虑生化介质的影响,研究生化介质对纳米梁非线性振动行为的影响。其次,研究了考虑生化介质作用的纳米梁非线性振动分析。建立考虑生化介质作用纳米梁非线性振动微分方程,利用多尺度方法得到纳米梁的幅频响应曲线,分析生化介质浓度和偏摩尔体积等参数与纳米梁非线性振动之间的关系。然后再以场效应管作为纳米梁振动信号传感器,研究基于场效应管的考虑生化介质作用的纳米梁非线性振动控制,分析控制增益等参数和生化介质参数与纳米梁非线性振动之间的关系。最后,以RLC电路为基础,研究考虑生化介质作用纳米梁与RLC电路耦合系统。建立纳米梁与电路耦合系统的微分方程,利用多尺度方法得到耦合系统的幅频响应方程,检测RLC电路的变化以提取纳米梁的振动信号,研究RLC电路与纳米梁耦合系统的内共振振动规律以及生化介质对纳米梁非线性振动的影响。研究结果表明,利用电容式微机械声学传感器、场效应管和RLC电路可以较好地控制纳米梁的非线性振动,并且生化介质对纳米梁非线性振动有很大影响。在一定范围内,改变控制参数、系统参数和生化介质参数可以对纳米梁非线性振动进行调节。对于不同性质的生化介质,纳米梁非线性振动行为会产生变化,可以利用纳米梁进行生化介质信息的物理检测。