微悬臂梁是一种高灵敏度的微纳传感元件，可以将微观的物理、化学变化或生物分子反应过程转换成可记录的电学信号，并具有极高的灵敏度。微悬臂梁被广泛地应用于原子力显微镜(AFM&SFM)，以及物理、生物和化学检测领域，用作传感元件。微悬臂梁是一种长度和宽度在微米范围，厚度在亚微米范围的微机械结构，图1是一些典型的微梁照片。

　　微悬臂梁通常有2种工作模式：静态弯曲模式和动态共振模式。在静态弯曲模式中，测量微悬臂梁在外力或表面力作用下产生的弯曲形变，采用光学或电学方法检测形变来反应物理或化学变化。共振模式测量微悬臂梁共振频率的变化，将敏感分子固化于悬臂梁表面，当与被测样品相接触时，被测物质分子被敏感分子吸附在微悬臂梁表面，使微悬臂梁的有效质量增加，从而引起共振频率的变化，测量共振频率的变化，就可以反映出质量变化。品质因数的大小直接影响共振频率的检测精度，从而决定传感器精度。

　　如图2所示，微悬臂梁品质因数Q的一种定义方法为：

　　式中：Q为品质因数;ω0为共振频率;△ω为共振带宽，△ω=ω2-ω1;ζ为环境阻尼比。

　　在固有频率ω0确定的情况下，品质因数与共振带宽成反比。若Q减小，共振时的最大振幅减小，共振带宽增大，检测灵敏度降低。

　　微悬臂梁在液体中的振动情况与在空气中或真空中的振动情况不同。首先，微悬臂梁在液体振动过程中会产生粘附，导致有效质量的增加，共振频率减小;其次，液体粘性阻尼很大，导致品质因数Q大大降低，影响检测精度。要提高在液体环境中的检测灵敏度就必须对Q进行调制，设法增大品质因数Q。

　　1 品质因数控制原理

　　微悬臂梁品质因数Q的另一种物理定义为：

　　式中：ω0为微悬臂梁的固有频率，γ为环境阻尼，m*=nm为微悬臂梁的有效质量。把质量分布均匀的微悬臂梁看作一个质量点，需要用有效质量m*来代替微悬臂梁的实际质量m，并添加质量因数n，它和微悬臂梁的几何形状相关。

　　品质因数Q的值与阻尼系数γ的大小成反比。在液体环境中，微悬臂梁受周期正弦信号驱动时的受迫振动可以看作是一个二阶的谐波振荡器，可等效的弹簧质量块模型如图3所示。

　　给微梁添加一个正反馈信号Ffb，即将梁的位移信号移相π/2后，乘增益G反馈到驱动力端：

　　加入反馈后，外部驱动力变为

　　可以得到改变后的等效品质因数：

　　这里，γeff是系统的有效阻尼，Qeff为改变后的品质因数。当工作于液体环境阻尼系数γ增大时，品质因数Q=m*ω0/γ会减小。等效品质因数