基于彎曲法的微懸臂梁彈性常數(shù)標(biāo)定技術(shù)與系統(tǒng)的研究.pdf

1、微懸臂梁具有結(jié)構(gòu)簡單、高靈敏度、成本低等特點(diǎn),是納米測試技術(shù)中的常用工具,尤其作為原子力顯微鏡(Atomic Force Microscope,AFM)探針時(shí),在表面形貌測試、納米操縱等方面應(yīng)用廣泛,而微懸臂梁作為力的感應(yīng)單元對于掃描速度、力測量結(jié)果的精確度等影響很大。本文基于彎曲法中的天平法提出了一種新型的微懸臂梁彈性常數(shù)測量方案,通過光杠桿求出微懸臂梁的法向偏轉(zhuǎn)量,精密天平測得彎曲力,最后由胡克定律求出彈性常數(shù)。本文完成了系統(tǒng)機(jī)械結(jié)

2、構(gòu)的設(shè)計(jì)和搭建,基于FPGA設(shè)計(jì)了核心測控電路,對不同型號(hào)、不同形狀的微懸臂梁進(jìn)行了標(biāo)定實(shí)驗(yàn),測量結(jié)果的重復(fù)性較好,大部分結(jié)果的相對標(biāo)準(zhǔn)差優(yōu)于2％,測量結(jié)果真實(shí)可靠。由于本方法力的測量結(jié)果具有可溯源性,具有其他方法不可比擬的優(yōu)勢。
　　本文主要工作包括以下幾個(gè)方面:
　　1.設(shè)計(jì)了超精密天平與光杠桿法相結(jié)合的微懸臂梁彈性常數(shù)標(biāo)定系統(tǒng),微懸臂梁的法向偏轉(zhuǎn)量由光杠桿獲得,彎曲力由天平測得;
　　2.搭建了微懸臂梁彈性系數(shù)標(biāo)

3、定系統(tǒng),通過各部件的優(yōu)化和器件的選型提高了標(biāo)定系統(tǒng)的準(zhǔn)確性,實(shí)現(xiàn)了微懸臂梁的法向運(yùn)動(dòng)、彎曲量的獲取等功能;
　　3.基于FPGA設(shè)計(jì)了核心測控電路,包括位敏探測器(Position Sensitive Detector,PSD)信號(hào)提取單元、下位機(jī)PID反饋控制單元和壓電陶瓷微位移器高壓驅(qū)動(dòng)單元等部分,設(shè)計(jì)了上位機(jī)界面,實(shí)現(xiàn)上位機(jī)與各個(gè)部分的通訊;
　　4.對NT-MDT公司的七種型號(hào)的微懸臂梁探針進(jìn)行了標(biāo)定實(shí)驗(yàn),對標(biāo)定結(jié)果