一种基于二维异质薄膜的谐振频率自适应调控系统技术方案

本发明专利技术涉及一种基于二维异质薄膜的谐振频率自适应调控系统，其包括二维异质薄膜、支撑衬底、压电陶瓷驱动器、外部可调光源、振动探测器以及信号调理电路，异质薄膜上的纳米金属颗粒能够产生等离共振效应，二维异质薄膜置于支撑衬底之上，支撑衬底与压电陶瓷驱动器实现固定连接，外部可调光源对二维异质薄膜进行照射，压电陶瓷驱动器驱动二维异质薄膜振动，振动探测器感知二维异质薄膜的振动并产生相应电信号，信号调理电路将振动探测器生成的电信号进行处理并转换成驱动控制信号，从而实现对压电陶瓷驱动器的振动控制。本发明专利技术具有非接触、大范围和自适应特点，同时能实现灵活调控和高精度探测。

An adaptive control system of resonant frequency based on two-dimensional heterofilm

【技术实现步骤摘要】
一种基于二维异质薄膜的谐振频率自适应调控系统
本专利技术属于微机电控制
，具体涉及一种基于二维异质薄膜的谐振频率自适应调控系统。
技术介绍
结构谐振频率自适应调节是一种典型的进化机制，主要表现在感知外部环境、与同伴交流，或识别外部风险、防御捕食者等。蝙蝠基于超声波进行回声定位，探测到潜在猎物后，蝙蝠的超声波频率根据猎物的位置信息进行自适应调控，实现精准捕食；飞蛾胸腔上有类似鼓膜状的结构，通过调控预张力来改变耳膜状态，面对捕食者时飞蛾听觉系统的灵敏区会从低频信号自适应调整到高频，并以此为基础做出对抗捕食者的防御机制；海豚的喷水孔会发出“咔哒”声以追踪猎物或识别障碍，通过前额软组织结构的自适应调控，在较大范围内产生频率变化的信号用于高宽带探测。二维体系纳米颗粒因独特的性质受到研究人员广泛关注，将两种不同性质的材料自组装为二维异质晶格结构时，常表现出不同于微观粒子和宏观物质的独特光、电、热、磁等特性，同时使材料本身产生奇异的宏观物性和功能。等离共振时纳米颗粒会耦合入射电磁波能量，表现出强烈的吸收和散射增强效应，通过非辐射跃迁极大效率转换为热能，并使自身温度显著提高。异质纳米晶格中的纳米颗粒通过电子-电子、电子-声子相互作用在皮秒时间尺度有效吸收入射光并转化为热量。入射光与纳米颗粒相互作用时，谐振晶格内部光热耦合效应会显著增强，产生热量随时间累加并向周围介质传导，导致纳米晶格内部热应力状态改变，进而影响谐振器的模态频率。而传统谐振器的刚度和质量深度耦合难以独立调控，同时存在效率低、灵活性差等问题。>
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术的目的是提出一种具有典型的仿生自适应调控特点的谐振频率自适应调控系统。当入射光照射到异质复合谐振薄膜时，金属(金/银)纳米颗粒等离共振引起的光热耦合效应会异常显著，产生的热量以金属颗粒为中心向周围介质传递，随着时间逐渐积累导致薄膜宏观温度发生变化。异质薄膜具有较小的等效质量和振动刚度，温度波动会对薄膜谐振器振动特性产生显著扰动，导致微观尺度关键尺寸变化或力学特性发生改变，引起异质复合薄膜的谐振频率发生改变。当入射光参数(如光强、波长)变化时，谐振结构温度和应力发生改变，使谐振频率与环境参数相适应和匹配，可实现通过非接触方式实现对异质复合薄膜谐振频率的非接触、大范围灵活调控。为实现上述目的，本专利技术采取以下技术方案：一种基于二维异质薄膜的谐振频率自适应调控系统，包括二维异质薄膜、支撑衬底、压电陶瓷驱动器、外部可调光源、振动探测器以及信号调理电路，二维异质薄膜上的纳米金属颗粒能够产生等离共振效应，二维异质薄膜悬空置于支撑衬底之上，支撑衬底与压电陶瓷驱动器实现固定连接，外部可调光源对二维异质薄膜进行照射，压电陶瓷驱动器驱动二维异质薄膜振动，振动探测器感知二维异质薄膜的振动并产生相应电信号，信号调理电路将振动探测器生成的电信号进行处理并转换成驱动控制信号，从而实现对压电陶瓷驱动器的振动控制。优选的，二维异质薄膜基于表面的临界自组装工艺制备，由纳米金属颗粒通过有机聚附物连接形成，金属纳米颗粒的结构形式和关键尺寸可选择。优选的，支撑衬底基于硅晶圆制备，通过干法刻蚀或湿法刻蚀工艺获得。优选的，外部可调光源对二维异质薄膜进行照射时，入射光的波长和强度可调节。优选的，信号调理电路包括锁相放大电路、滤波处理电路和相位调节电路。优选的，振动探测器为多普勒激光干涉仪。本专利技术由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、非接触调控。与其它方式相比，光调控通过改变远场光源参数，具有非接触和灵活调控等显著特点。结构谐振频率调控有两个重要指标，是频率调控范围及所需能量。2、大范围调控。自适应调谐器要具有自适应的内部工作机制，实现对结构固有频率的灵活、大范围调控。可以灵活调控金属颗粒尺寸，实现敏感波长选择。所述的金属纳米颗粒的结构形式和关键尺寸会对二维异质薄膜谐振峰的位置有显著的影响，通过合理选取金属颗粒和控制自组装方式，实现对二维异质薄膜光学吸收峰的调控。3、自适应调控。基于纳米颗粒系的自适应调控技术在民用领域都拥有广阔的应用前景，研究成果将在仿生自适应调控领域发挥重要作用，对提升我国本领域的研究水平具有重要意义。4、集感知调控于一体。既可以用作灵活调控，也可以用作高灵敏探测。二维异质薄膜相邻节点间之间通过柔性聚附物链接，发生表面等离子体共振时温度急剧变化，材料之间热膨胀系数的差异及材料自身参数会发生改变，造成影响器件性能的关键参数发生改变。附图说明图1为本专利技术的组成示例图；图2为本专利技术的工作原理图。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术的进行详细的描述。在本实施例中，一种自适应调控系统包括二维异质薄膜、压电陶瓷驱动器、外部可调光源、振动探测器以及信号调理电路等，所述的二维异质薄膜基于表面自组装工艺制备，所述的外部可调光源产生的光强和波长可灵活调控，所述的振动探测器基于多普勒效应探测谐振器的振动信号，所述的信号调理电路包括滤波、锁相放大、相位调节等功能。本专利技术的组成示例如图1所示，工作原理如图2所示。所述二维异质薄膜悬空于衬底之上，衬底与PZT压电陶瓷片实现固定连接。所述二维异质薄膜基于表面的临界自主装工艺制备，纳米金属颗粒通过有机聚附物连接并悬空于衬底之上，金属纳米颗粒的结构形式和关键尺寸可选择。所述的支撑衬底基于硅晶圆制备，通过干法刻蚀或湿法刻蚀制备，悬空尺寸根据薄膜尺寸的要求进行调控。所述的入射光通过特定光路等引导至二维异质薄膜谐振器的表面，入射光参数(波长和强度)是调控二维异质薄膜谐振频率的关键，可通过改变入射光的参数实现在一定范围的灵活调控。所述的振动探测器可以在一定频率和量程范围内实现对振动信号(位移和速度)的提取，并转换为电信号供后续的信号调理电路所用。振动探测器采用多普勒激光干涉仪，测试二维异质薄膜结构在时域、频域的振动特性。所述的信号调理电路，具体包含锁相放大电路、滤波处理电路和相位调节电路。锁相放大器能够放大振动信号，经滤波加相变调理后，作为驱动信号驱动压电谐振器。可以通过调节尺寸实现不同的谐振敏感峰值。本实施例中，二维异质薄膜基于表面的临界自组装工艺制备，使若干金属纳米颗粒个体间自发地关联并集合形成紧密、有序的二维多粒系介观结构。本实施例中，设计自驱动电路和闭环反馈电路，使二维异质薄膜工作在闭环模式，显著提升系统动态特性。环境变化时，闭环控制使谐振器的输出频率相应做出调整，结构振动始终维持在谐振状态；通过频率计监测系统频率信号实时反映振动信息。以上所述，仅是本专利技术的较佳实施例而已，并非对本专利技术作任何形式上的限制。虽然本专利技术已以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限定本专利技术。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本专利技术的精神实质和技术方案的情况下，都可利用上述揭示的方法和
技术实现思路
对本专利技术技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本专利技术技术方案本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于二维异质薄膜的谐振频率自适应调控系统，其特征在于，包括支撑衬底(1)、二维异质薄膜(2)、压电陶瓷驱动器(3)、振动探测器(4)、信号调理电路以及外部可调光源(8)，二维异质薄膜(2)上的纳米金属颗粒能够产生等离共振效应，二维异质薄膜(2)悬空置于支撑衬底(1)之上，支撑衬底(1)与压电陶瓷驱动器(3)实现固定连接，外部可调光源(8)对二维异质薄膜(2)进行照射，压电陶瓷驱动器(3)驱动二维异质薄膜(2)振动，振动探测器(4)感知二维异质薄膜(2)的振动并产生相应电信号，信号调理电路将振动探测器(4)生成的电信号进行处理并转换成驱动控制信号，从而实现对压电陶瓷驱动器(3)的振动控制。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于二维异质薄膜的谐振频率自适应调控系统，其特征在于，包括支撑衬底(1)、二维异质薄膜(2)、压电陶瓷驱动器(3)、振动探测器(4)、信号调理电路以及外部可调光源(8)，二维异质薄膜(2)上的纳米金属颗粒能够产生等离共振效应，二维异质薄膜(2)悬空置于支撑衬底(1)之上，支撑衬底(1)与压电陶瓷驱动器(3)实现固定连接，外部可调光源(8)对二维异质薄膜(2)进行照射，压电陶瓷驱动器(3)驱动二维异质薄膜(2)振动，振动探测器(4)感知二维异质薄膜(2)的振动并产生相应电信号，信号调理电路将振动探测器(4)生成的电信号进行处理并转换成驱动控制信号，从而实现对压电陶瓷驱动器(3)的振动控制。


2.根据权利要求1的基于二维异质薄膜的谐振频率自适应调控系统，其特征在于，二维异质薄膜(2)基于表面的临界自...

【专利技术属性】
技术研发人员：王兴华，刘红卫，范光腾，覃江毅，冉德超，胡粲彬，
申请(专利权)人：中国人民解放军军事科学院国防科技创新研究院，
类型：发明
国别省市：北京;11