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지지수단(110)에 고정되어 소정의 힘에 반응하는 프로브(10);
상기 지지수단(110)에 중심축(210)을 두고 상기 프로브(10)와 일단이 연결되어 상기 힘을 수신하며 타단이 상기 힘과 반대방향으로 이동하는 지렛대(20);
일단이 상기 지렛대(20)의 타단에 연결되며 타단이 상기 지지수단(110)과 연결되어 상기 힘에 의해 변형됨으로써 제 1공진주파수가 변화되며 두 개의 빔이 평행하게 구성된 더블빔(30);
가진 주파수를 조절하는 주파수조절수단(410)과 상기 주파수조절수단(410)에 의해 상기 더블빔(30)과의 사이에 소정의 전압이 형성되는 전극(420)을 포함하고 상기 전압에 의해 상기 더블빔(30)을 상기 가진 주파수로 가진시키는 가진수단(40);
상기 더블빔(30)의 진동 주파수를 측정하기 위해 상기 더블빔(30)의 표면에 소정의 광을 조사하는 광원(510)과 상기 광을 상기 더블빔(30)의 표면에 유도하며 끝단에서 상기 광의 일부를 반사시키는 광섬유(520)와 상기 더블빔(30)의 표면에서 반사된 제 1광(L1)과 상기 광섬유(520)의 끝단에서 반사된 제 2광(L2)의 간섭에 기초하여 상기 더블빔(30)의 진동 주파수를 도출하고 상기 가진 주파수를 상기 진동 주파수와 일치시키기 위해 상기 가진수단(40)과 루프로 형성된 주파수비교기(530)를 포함하는 광원부(50); 및
상기 진동 주파수와 상기 가진 주파수가 일치되는 제 2공진주파수를 도출하고 상기 제 1공진주파수와 비교를 통해 상기 힘을 산출하는 제어부(60);를 포함하는 것을 특징으로 하는 소리굽쇠 진동을 이용한 마이크로 힘센서
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제 1항에 있어서,
상기 프로브(10)는 수직력을 전달받기 위해 횡방향으로 상기 지지수단(110)과 수 마이크로 두께를 갖는 고정구조물(120)로 고정된 것을 특징으로 하는 소리굽쇠 진동을 이용한 마이크로 힘센서
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3
제 1항에 있어서,
상기 지렛대(20)의 일단과 타단은 나노 스케일의 상기 힘을 측정하기 위해 상기 중심축(210)을 기준으로 프로브(10) 측의 힘점까지의 거리보다 더블빔(30) 측의 작용점까지의 거리가 더 짧도록 제작되며 그 거리 비율로서 정해지는 것을 특징으로 하는 소리굽쇠 진동을 이용한 마이크로 힘센서
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삭제
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제 1항에 있어서,
상기 지렛대(20)와 상기 중심축(210)은 상기 힘이 사라질 경우 탄성력에 의해 복원되는 것을 특징으로 하는 소리굽쇠 진동을 이용한 마이크로 힘센서
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제 1항에 있어서,
상기 프로브(10), 상기 지렛대(20) 및 상기 더블빔(30)은 단결정 실리콘 기판에 패터닝하여 제작되거나 석영의 습식식각 공정 또는 레이저를 이용한 애블레이션으로 제작된 것을 특징으로 하는 소리굽쇠 진동을 이용한 마이크로 힘센서
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제 1항에 있어서,
상기 광원(510)은 레이저광인 것을 특징으로 하는 소리굽쇠 진동을 이용한 마이크로 힘센서
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제 1항에 있어서,
상기 전극(420)과 상기 더블빔(30)과 상기 광섬유(520)는 동일 선상에 위치하는 것을 특징으로 하는 소리굽쇠 진동을 이용한 마이크로 힘센서
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제 1항에 있어서,
상기 광원부(50)는 상기 제 1광(L1)과 상기 제 2광(L2)을 수신하여 그 각각에 대응하는 제 1전기신호와 제 2전기신호를 생성하는 광검출기(560)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 소리굽쇠 진동을 이용한 마이크로 힘센서
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제 9항에 있어서,
상기 광원부(50)는 상기 광검출기(560)와 상기 주파수비교기(530) 사이에 연결되어 상기 제 1전기신호 및 상기 제 2전기신호를 필터링하는 필터(540)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 소리굽쇠 진동을 이용한 마이크로 힘센서
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제 9항에 있어서,
상기 광원부(50)는 상기 광검출기(560)와 상기 주파수비교기(530) 사이에 연결되어 상기 제 1전기신호 및 상기 제 2전기신호를 증폭하기 위한 증폭기(550)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 소리굽쇠 진동을 이용한 마이크로 힘센서
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프로브(10)가 외부로부터 소정의 힘을 전달받는 제 1힘수신단계(S100);
지렛대(20)의 일단이 지지수단(110)에 중심축(210)을 두고 상기 프로브(10)와 연결되어 상기 힘을 전달받는 제 2힘수신단계(S110);
두 개의 빔이 평행하게 구성되어 제 1공진주파수를 갖는 더블빔(30)이 상기 지렛대(20)의 타단과 상기 지지수단(110) 사이에 고정되어 상기 힘에 의해 변형됨으로써 상기 제 1공진주파수가 변화되는 단계(S120);
가진수단(40)의 전극(420)이 상기 더블빔(30)과의 사이에서 주파수조절수단(410)으로부터 조절된 가진 주파수의 전압을 형성하여 상기 더블빔(30)을 가진시키는 가진단계(S130);
광원부(50)의 광원(510)에서 조사된 소정의 광이 상기 광원(510)과 연결된 광섬유(520)를 통해 상기 더블빔(30)의 표면에 조사되는 광조사단계(S140);
주파수비교기(530)가 상기 더블빔(30)의 표면에서 반사된 제 1광(L1)과 상기 광섬유(520)의 끝단에서 반사된 제 2광(L2)의 간섭에 기초하여 상기 더블빔(30)의 진동 주파수를 연산하는 단계(S150);
상기 가진수단(40)이 상기 가진 주파수를 상기 연산된 진동 주파수에 일치시키기 위해 루프로 형성된 주파수비교기(530)로부터 상기 진동 주파수에 대응하는 진동 주파수 정보를 수신하는 단계(S160);
상기 가진수단(40)이 상기 수신된 진동 주파수 정보에 기초하여 상기 진동 주파수와 일치시키기 위해 상기 가진 주파수를 갱신하는 단계(S170); 및
상기 가진수단(40)과 연결된 제어부(60)가 상기 진동 주파수와 상기 가진 주파수가 일치하는 변경된 제 2공진주파수를 도출하고 상기 제 1공진주파수와 비교하여 상기 힘을 산출하는 단계(S180);를 포함하는 것을 특징으로 하는 소리굽쇠 진동을 이용한 마이크로 힘 측정방법
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