確定待測(cè)物體的納米量級(jí)位移量。本發(fā)明的納米位移傳感器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，集成度高，抗干擾能力強(qiáng)，可非接觸式測(cè)量，實(shí)時(shí)雙向監(jiān)控和測(cè)試，具有廣泛的應(yīng)用價(jià)值。
【附圖說明】
[0023]圖1是本發(fā)明基于超材料紅外光譜的納米位移傳感器結(jié)構(gòu)示意圖。
[0024]圖中標(biāo)號(hào):1_校準(zhǔn)石墨烯層，2-支撐襯底層，3-周期陣列，4-中間介電層，5-傳感石墨烯層，6-位移輸入模塊。
[0025]圖2是本發(fā)明實(shí)施例的譜線-位置傳感換算曲線。
【具體實(shí)施方式】
[0026]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】進(jìn)行說明，附圖僅用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍的限定。
[0027]如圖1所示，所述基于超材料紅外光譜的納米位移傳感器實(shí)施例設(shè)有位移輸入模塊6和超材料傳感模塊，所述超材料傳感模塊從下至上設(shè)有校準(zhǔn)石墨烯層1、支撐襯底層2、周期陣列3、中間介電層4和傳感石墨烯層5;待測(cè)物體通過位移輸入模塊6驅(qū)動(dòng)傳感石墨烯層5上下移動(dòng)，從而改變中間介電層4的厚度;通過外部紅外光譜設(shè)備觀察傳感譜線的移動(dòng)方向和距離即可確定待測(cè)物體納米量級(jí)位移。
[0028]利用本發(fā)明的一種【具體實(shí)施方式】為:所述周期陣列3的材料為銀，周期200nm，直徑160nm，高度10nm;支撐襯底層2為二氧化娃層，厚度為1nm;中間介電層4為空氣;校準(zhǔn)石墨烯層I和傳感石墨烯層5的費(fèi)米能級(jí)均為0.6eV，載流子散射率均為0.43meV(這些參數(shù)并不限定，可取其他適合參數(shù))。圖2所示是該【具體實(shí)施方式】的譜線-位置傳感換算曲線，其以周期陣列頂部作為位置坐標(biāo)起始點(diǎn)O。
[0029]該納米位移傳感器正常工作前，首先將入射光斑從傳感石墨烯層5的一側(cè)垂直照射到本發(fā)明所述的傳感器上，通過外部紅外光譜設(shè)備(如紅外光譜儀等)觀察校準(zhǔn)譜線的出現(xiàn)，以此來確定此納米位移傳感裝置的組件以及接收設(shè)備是否正常，校準(zhǔn)完畢后，所述納米位移傳感器處于正常工作狀態(tài)。調(diào)節(jié)位移輸入模塊6使傳感石墨烯層5處于該納米位移傳感器的量程范圍內(nèi)(即透射譜線中出現(xiàn)傳感譜線)，并選取合適位置^作為初始位置。根據(jù)實(shí)際測(cè)量需要確定位移輸入模塊6的調(diào)節(jié)方向，輸入待測(cè)物體納米量級(jí)位移后固定位移輸入模塊6，此時(shí)傳感石墨烯層5的位置即為待測(cè)位置，記為t2。通過外部紅外光譜設(shè)備觀察傳感石墨烯層5在初始位置t和待測(cè)位置t2時(shí)所對(duì)應(yīng)的傳感譜線，分別記為λ4Ρλ2。對(duì)照?qǐng)D2中的譜線-位置傳感換算曲線，查出λ4Ρλ2所對(duì)應(yīng)的^和^的值，即可得到待測(cè)物體納米量級(jí)位移的值為I t2-ti I。所述基于超材料紅外光譜的納米位移傳感器針對(duì)所采用或待檢測(cè)的中間介電層材料，要編制相對(duì)應(yīng)的譜線-位置傳感換算曲線。
[0030]圖2表明所述納米位移傳感器在不同的測(cè)量范圍具有不同的測(cè)量精度:當(dāng)傳感石墨稀層位置在I?1nm時(shí)，所述納米微米位移傳感器的測(cè)量精度為0.002nm;當(dāng)傳感石墨稀層位置在10?20nm時(shí)，所述納米位移傳感器的測(cè)量精度為0.0lnm;當(dāng)傳感石墨烯層位置在20?30nm時(shí)，所述納米位移傳感器的測(cè)量精度為0.025nm?？梢?，傳感石墨稀層位置越低，本發(fā)明的基于超材料紅外光譜的納米位移傳感器的測(cè)量精度越高。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種基于超材料紅外光譜的納米位移傳感器，其特征在于設(shè)有位移輸入模塊和超材料傳感模塊，所述超材料傳感模塊從下至上設(shè)有校準(zhǔn)石墨烯層、支撐襯底層、周期陣列、中間介電層和傳感石墨烯層;待測(cè)物體通過位移輸入模塊驅(qū)動(dòng)傳感石墨烯層上下移動(dòng)，從而改變中間介電層的厚度;通過外部紅外光譜設(shè)備觀察傳感譜線的移動(dòng)方向和距離即可確定待測(cè)物體納米量級(jí)位移。2.如權(quán)利要求1所述一種基于超材料紅外光譜的納米位移傳感器，其特征在于所述校準(zhǔn)石墨烯層和傳感石墨烯層均采用單層石墨烯片。3.如權(quán)利要求1所述一種基于超材料紅外光譜的納米位移傳感器，其特征在于所述支撐襯底層采用紅外透明介電材料制備的薄膜，其厚度為I?40nm。4.如權(quán)利要求1所述一種基于超材料紅外光譜的納米位移傳感器，其特征在于所述周期陣列采用紅外透明介電材料或金屬材料制備，其高度為2?200nm;其周期大小為50?100nm;其陣列周期數(shù)為200以上。5.如權(quán)利要求1所述一種基于超材料紅外光譜的納米位移傳感器，其特征在于所述中間介電層采用氣體或液體紅外透明介電材料填充。6.基于超材料紅外光譜的納米位移檢測(cè)方法，其特征在于采用如權(quán)利要求1所述基于超材料紅外光譜的納米位移傳感器，所述檢測(cè)方法包括以下步驟: (1)傳感器校準(zhǔn):通過外部紅外光譜設(shè)備檢查校準(zhǔn)譜線的出現(xiàn)及其位置，確保所述基于超材料紅外光譜的納米位移傳感器狀態(tài)正常； (2)狀態(tài)歸零:通過位移輸入模塊驅(qū)動(dòng)傳感石墨烯層，使其處于所述納米位移傳感器的量程范圍內(nèi)，并選取合適位置作為初始位置； (3)位移輸入:待測(cè)物體通過位移輸入模塊驅(qū)動(dòng)傳感石墨烯層上下移動(dòng)，或待測(cè)物體填充于中間介電層，并由其自身體積變化、液位高度變化等帶動(dòng)傳感石墨烯層上下移動(dòng)，從而輸入待測(cè)物體納米量級(jí)位移，并將傳感石墨烯層固定在待測(cè)位置； (4)信號(hào)讀取:通過外部紅外光譜設(shè)備分別讀取初始位置和待測(cè)位置的傳感譜線； (5)結(jié)果分析:根據(jù)譜線-位置傳感換算曲線得出待測(cè)物體納米量級(jí)位移。
【專利摘要】一種基于超材料紅外光譜的納米位移傳感器及其檢測(cè)方法，涉及位移傳感器件。所述基于超材料紅外光譜的納米位移傳感器設(shè)有位移輸入模塊和超材料傳感模塊，所述超材料傳感模塊從下至上設(shè)有校準(zhǔn)石墨烯層、支撐襯底層、周期陣列、中間介電層和傳感石墨烯層；待測(cè)物體通過位移輸入模塊驅(qū)動(dòng)傳感石墨烯層上下移動(dòng)，從而改變中間介電層的厚度；通過外部紅外光譜設(shè)備觀察傳感譜線的移動(dòng)方向和距離即可確定待測(cè)物體納米量級(jí)位移。檢測(cè)方法：(1)傳感器校準(zhǔn)；(2)狀態(tài)歸零；(3)位移輸入；(4)信號(hào)讀?。?5)結(jié)果分析，根據(jù)譜線-位置傳感換算曲線得出待測(cè)物體納米量級(jí)位移。
【IPC分類】G01B11/02
【公開號(hào)】CN105547158
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510887387
【發(fā)明人】蔡國(guó)雄, 陳穎, 姚金, 葉龍芳, 劉海, 柳清伙
【申請(qǐng)人】廈門大學(xué)
【公開日】2016年5月4日
【申請(qǐng)日】2015年12月4日