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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:賴郁元
研究生(外文):Lai yu-yuan
論文名稱:微聲波平板式感測之特性量測及其應用於細胞增生之研究
指導教授:曾繁根曾繁根引用關係錢景常
學位類別:碩士
校院名稱:國立清華大學
系所名稱:工程與系統科學系
學門:工程學門
學類:核子工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2002
畢業學年度:90
語文別:中文
中文關鍵詞:聲波感測器
外文關鍵詞:APM
相關次數:
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摘要
由於某些聲波感測器可以應用在黏性液體中的量測,使我們推想是否可以使用於充滿組織液、血液、肌肉細胞或骨頭細胞的人體組織癒合狀態的量測。利用Micro Electrical Mechanical System(MEMS)微加工技術除了可以達到大量製造和降低成本的優點,且可縮小元件的尺寸,使感測器可以置於較小的部位作量量測,如牙齒,大腿骨等、、。
本研究主要是利用微機電技術中的thin film micromachining,藉由蒸鍍、微影、蝕刻等製成技術做出IDT結構於ST-cut的石英上,之後將元件接上射頻網路分析儀做訊號的輸入與輸出量測。本研究的設計經過詳細的計算得到其工作頻率範圍在19MHz∼25MHz之間,目前已經完成對不同物質的訊號量測(空氣、水、酒精、甘油)以及不同黏度、密度、 溫度的訊號量測,除此之外,我們對不同設計的元件做測試,一種則是固定兩電極組間寬度改變電極對數,一種是固定電極對數改變兩電極組間寬度。最後,我們對細胞生長時的訊號變動做量測。目前已完成元件的尺寸大小為4mm×10mm×500um,元件中的最小線寬為40 um。

目錄
摘要………………………………………………………………………I
誌謝……………………………………………………...………………II
目錄……………………………………………………………………III
圖目錄…………………………………………………………………V
表目錄……………………………………………...………...………..IX
第一章 緒論……………………………………………………………1
1.1 背景與研究動機………………………………………………1
1.2 文獻回顧…………………………….……….…….…………11
1.2.1介紹……….…..………………...…….….…………………11
1.2.2聲波於感測器之應用……………………………………..14
1.2.3聲波種類…………………………………………………..16
1.2.4製成………………………………….…………………….23
1.2.5 各種波的比較……………………………………………24
1.2.6 晶格方向的定義…………………………………………26
第二章 元件原理的分析……………………………………………28
2.1 Acoustic Plate Mode (APM) Devices………………………28
2.2 APM與液體間的影響…………………………………..……31
2.2.1 APM對物質的靈敏度……….…………………………31
2.2.2 APM受黏性液體的影響……..…………………………33
2.2.3 APM 的聲電效應………………………………………..34
第三章 元件設計與製成劃……………………………………..……38
3.1 元件設計……………………………………………………38
3.2 製程規劃……………………………………………………39
第四章 量測方法與Sensor的校正…………..……………………48
4.1 量測儀器與方法…………………..…………………..48
4.2 Sensor的校正和測試……………………………………..…51
第五章 操作流程與實驗結果……………………………………..62
5.1實驗目的與操作流程(一)……………………………………62
5.2實驗結果討論與分析(一)………………………………..…66
5.3實驗目的、操作流程與結果討論與分析(二)………………69
第六章 結論與未來工作………………………………..……………75
6.1 完成進度與未來工作……….……………………………75
參考文獻………………………………………………………………77
圖目錄
圖1-1 假牙的裝置…………………………………………….....…….4
圖1-2 牙週探測針裝置……………………………..….………....…10
圖1-3 PTV測試法裝置………………………………….…….….….11
圖1-4 IDT結構圖…………………………………………..….....…..13
圖1-5 震盪電路的結構圖………………………………….….…….14
圖1-6各種不同的感測器(a) Rayleigh wave (b) APM (c) Lamb wave (d) STW (e) Love wave…………………………………………….…16
圖1-7 Rayleigh wave傳遞的形式……………………………….…17
圖1-8 部分相關位移vs.由Rayleigh waves產生的標準深度…..….17
圖1-9 同步與不同步的Lamb waves……………………………...…20
圖1-10 標準物質靈敏度vs.第一模式與標準模式的Love waves….……………………………………………………………23
圖1-11 晶格方向直角座標系………………………………………..26
圖1-12為AT-cut的晶格方向(Yxl)-35°…………………………….27
圖2-1 APM sensor 的示意圖…………………………...……………28
圖2-2 四種模式的切面側視圖………………………………………30
圖2-3為速度變化量與速度的比值 vs 表面沈積物密度的關係圖………………………………………………………….…………..32
圖2-4 正負離子受到電場的影響………………………………..…35
圖2-5 介面聲電效應的等效電路模型…………………….…..……36
圖2-6為四種不同的導電率溶劑對傳遞速度的變動關係圖……….36
圖3-1 元件設計的示意圖……………………………………...……38
圖3-2 黃光製成後的電極圖…………………………………..…….43
圖3-3為切割完成後的元件圖………………………………………43
圖3-4為切割完成後單邊的元件圖…………………………………44
圖3-5 Al線打在電極上……………………………………..……….44
圖3-6 保護蓋保護元件…………………………………..………….45
圖3-7 正面放置上一個圓柱桶……………………………..…….…45
圖4-1 為射頻網路分析儀實體圖……………………….…….….…49
圖4-2 開路、短路、標準負載和穿透纜線做校正…………………50
圖4-3 元件置入屏蔽盒並連接網路分析儀…………………..…….50
圖4-4網路分析儀為APM sensor在不同環境的量測…….…..……52
圖4-5 為不同環境下每個峰值相位變化圖…………………….…..52
圖4-6 網路分析儀為APM sensor在不同液體密度的量測………..53
圖4-7 為不同液體密度下每個峰值相位變化圖…………………...54
圖4-8 網路分析儀為APM sensor在不同液體黏度的量測…….…55
圖4-9 為對不同液體黏度時四個主要峰值的相變化作圖………...55
圖4-10 為網路分析儀為APM sensor對不同溫度的量測………….56
圖4-11 為我們分析並對其四個主要峰值的相變化…….………….57
圖4-12為網路分析儀為APM sensor對單一元件重複性的量測….57
圖4-13 為單一元件重複性下每個峰值相位變化圖………….……58
圖4-14 為對固定兩電極組間寬度,改變電極對數時三個主要峰值的相變化作圖…………………………….…………………………..59
圖4-15 為對固定兩電極組間寬度,改變電極對數時三個主要峰值的頻率變化圖…………………….…….……………………….……59
圖4-16 為固定電極對數改變兩電極組間寬度時三個主要峰值的相變化作圖……………….……………….…………………….………60
圖4-17 為固定電極對數改變兩電極組間寬度時三個主要峰值的頻率變化圖…………………………………………………………...…60
圖4-18 為網路分析儀為APM sensor對不同功率之量測………….61
圖5-1 C3H10T1/2細胞培養2小時後顯微鏡下之觀察情況………..63
圖5-2,5-3 C3H10T1/2細胞培養12小時後顯微鏡下之觀察…….64
圖5-4,5-5 C3H10T1/2細胞培養24小時後顯微鏡下之觀察情況………………………………………………….……..……...…….65
圖5-6 細胞在培養皿中生長的狀態與形狀………………..………66
圖5-7 細胞在石英基材面生長的狀態與形狀……………..………67
圖5-8 橫軸為掃頻的範圍 vs 縱軸為相位大小……………..……67
圖5-9 細胞生長時間 vs 相位的peak……………………….……68
圖5-10 為網路分析儀為APM sensor對不同時間量測細胞黏附的訊號…………………………………………………………...…………71
圖5-11為我們分析三個峰值的相變化………………….…………..71
圖5-12 CCL60細胞種下初始0hr……………………….…………72
圖5-13 CCL60細胞種下初始10hrs……………………….…………72
圖5-14 CCL60細胞種下經過29hrs…………………….…………73
圖5-15 CCL60細胞種下經過42hrs……………….………………73
圖5-16 CCL60細胞種下經過48hrs……………….………………74
表目錄
表一 比較各種波的性能…………………………………………….24
表二 細胞生長時間與相位的peak值………………………………6

參考資料
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(35)D.S.Ballantine, Jr.,Acoustic Wave Sensors, 1

QRCODE
 
 
 
 
 
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                               
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