一种具有定振幅模糊回馈控制器之谐振式微悬臂梁感测器

摘要

一种具有定振幅模糊回馈控制器之谐振式微悬臂梁感测器之系统架构包括一控制微处理器、一高精度数位至类比转换器、一讯号减法器、一数位式模糊控制器、一弦波讯号产生器、一双极性压电驱动晶片、一微悬臂梁、一微悬臂梁架、一弹簧片、一雷射二极体驱动器、一雷射二极体、一第一反射镜、一第二反射镜、一二象限光侦测器、一电流至电压转换器、一讯号处理器、与一方均根值转换器。系统之主要工作原理为采用模糊控制理论使微悬臂梁感测器于进行检测之过程中保持恒定之振幅。

主权项

一种具有定振幅模糊回馈控制器之谐振式微悬臂梁感测器，包括：一中央控制微处理器，用以决定微悬臂梁进行检测时之工作振幅与频率；用以决定模糊定振幅回馈控制器之额定振幅值；用以控制弦波讯号产生器；一高精度数位至类比转换器，与中央控制微处理器连接，用以产生模糊定振幅回馈控制器之额定振幅值；一讯号减法器，与高精度数位至类比转换器及方均根值转换器连接，用以执行高精度数位至类比转换器与方均根值转换器输出讯号之减法运算，并产生误差讯号；一数位式模糊控制器，与讯号减法器连接，包含一类比至数位转换器、一模糊化装置、一推论引擎库、一解模糊化装置、一模糊推论法则库、与一数位至类比转换器；用以自动的计算出使微悬臂梁感测器回复至额定振幅值所需之控制器输出量；一弦波讯号产生器，与数位式模糊控制器及中央控制微处理器连接，用以产生以微悬臂梁进行样品检测时所需之特定频率与特定振幅之弦波讯号；一双极性压电驱动晶片，与弦波讯号产生器连接，用以接收弦波讯号产生器所馈入之特定频率与特定振幅之弦波讯号，并产生对应性之形变；一微悬臂梁，与双极性压电驱动晶片连接，用以作为检测时之感测器；一微悬臂梁架，用以固定微悬臂梁与双极性压电驱动晶片；一弹簧片，用以固定微悬臂梁；一雷射二极体驱动器，用以驱动雷射二极体，并提供恒定电流源使雷射二极体保持恒定亮度；一雷射二极体，用以产生微悬臂梁进行检测时所需之雷射光束；一第一反射镜，用以将雷射二极体所产生之检测用雷射光束聚焦至微悬臂梁之背面；一第二反射镜，用以将微悬臂梁背面之雷射光束反射至二象限光侦测器；一二象限光侦测器，用以接收微悬臂梁背面之雷射光束反射讯号，采用光电效应将雷射光束讯号转换成对应之电流讯号；一电流至电压转换器，与二象限光侦测器连接，用以将二象限光侦测器所侦测到之雷射光点电流讯号，转换成对应性之量测弦波电压讯号；一讯号处理器，与电流至电压转换器连接，用以将电流至电压转换器输出之量测弦波讯号进行有效之放大、滤波、与讯号处理；一方均根值转换器，与讯号处理器连接，用以将用以讯号处理器输出端之弦波讯号转换成相对应之直流电压讯号，如此可以将量测弦波讯号之振幅以方均根之形式转换成为相对应之直流电压讯号。