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; 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，我们实际上创建了一个原型，这是一种更简单的方法，它与使用硅的常规方法不同，用于生产具有流通信道的微型管理器（主要由Yamamoto研究人员）。该技术可能被广泛用作用流动路径制造悬臂的技术。乙醇和水流过流道，并进行初步实验以测量密度。也就是说，对于两种液体中的每一种，都根据实验确定了由于强制振动而引起的频率响应曲线。然后证实，相对于悬臂的固有频率，峰值偏差（带有流动路径的微磁盘的固有频率）发生了数百分之几。结果，经过实验证实，根据需要制造的具有流通通道的微型阀（主要由主要研究者Yabuno）。另一方面，空气中的频率响应曲线不够高，因此固有频移的测量精度不是很高。为了克服这种情况，我们提出了一种使用反馈而不是强制振动的自激发振动的方法，为了克服这一点，我们开发了软件来振动具有流动路径的微型吊杆。在这项研究中，使用FPGA创建了一个程序来提供反馈，尤其是在高频时。此外，由于进行了虚拟耦合，因此共享者（Nguyen）找到了一种方法，即使采样时间很长，也可以实现它们。