マイクロ流路を含む高自由度リアル・バーチャル連成レゾネーターによる高感度質量計測

使用包含微通道的高自由度实虚拟耦合谐振器进行高灵敏度质量测量

• 批准号: 22H01424
• 负责人: 藪野 浩司
• 金额: $ 10.9万
• 依托单位: University of Tsukuba
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-22H01424/
• 关键词: 質量計測; レゾネーター; マイクロマシーン; モード局在化; 弱連成; マイクロカンチレバー; 密度計測; 自励発振; 高感度計測

本年度は、流路付きマイクロカンチレバーの製作に関して、シリコンを使った従来法とは異なる、より簡便な方法を考えプロトタイプを実際に製作した（主として研究分担者山本による）。この手法は流路付きカンチレバーを製作するための手法として、広く普及する可能性がある。流路にエタノールおよび水を流し、密度の測定に関する予備実験を行った。すなわち、2つの液体を満たした場合それぞれに関して、強制加振による周波数応答曲線を実験から求めた。そしてそのピークのずれ（流路付きマイクロカンチレバーの固有周波数のずれ）がカンチレバーの固有周波数に対して、数％生じることを確かめた。この結果、製作した流路付きマイクロカンチレバーが目的通りに作られていることが実験的に確認された（主として研究代表者藪野による）。その一方で、空気中での周波数応答曲線はQ値が十分高くないため、固有振動数シフトの計測精度は、あまり高くないことがわかった。この状況を克服するため、次年度のテーマとして、強制振動に代わりフィードバックを用いた自励振動による方法を考え出し、それに向けて、流路付きマイクロカンチレバーを発振させるためのソフトウエア開発を行った。本研究では特に高周波でフィードバックを行うため、FPGAによりプログラムを作成した。さらに、バーチャル連成を行うため、サンプリングタイムが長くても、高精度な微分方程式演算が可能な手法を分担者（グエン）が見出し、それを実装する準備が整った。

今年，我们考虑了一种与使用硅的传统方法不同的更简单的方法来生产带有流道的微悬臂梁，并实际制作了原型（主要由我们的联合研究员山本制作）。这种方法有可能被广泛用作制造带有流道的悬臂的方法。通过使乙醇和水流过通道来进行关于密度测量的初步实验。即，对于每种填充有两种液体的情况，通过实验获得由于强制激励而产生的频率响应曲线。还确认了相对于悬臂梁的固有频率出现百分之几的峰值偏差（具有流路的微悬臂梁的固有频率的偏差）。结果，通过实验证实了所制作的带有流路的微悬臂梁符合预期（主要由研究代表薮野制作）。另一方面，发现由于空气中频响曲线的Q值不够高，固有频移的测量精度不是很高。为了克服这种情况，作为明年的主题，我们设计了一种利用反馈的自激振动代替强制振动的方法，并开发了用于使带有流道的微悬臂梁振动的软件。在这项研究中，我们使用 FPGA 创建了一个程序来执行反馈，尤其是在高频下。此外，由于虚拟耦合，团队成员（Nguyen）找到了一种即使在较长采样时间下也可以进行高精度微分方程计算的方法，并且现在已准备好实施它。