亞mK恒溫裝置關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、掃描隧道顯微鏡(STM)于20世紀80年代問世以來,先后出現(xiàn)了一系列測量分辨率可達原子量級的檢測技術(shù)和測量儀器,隨著納米科技的不斷發(fā)展,迫切需要在較大尺度范圍內(nèi),具有納米分辨率的測量儀器,分子測量機正是基于上述應(yīng)用背景提出來的。
　　要保證納米精度的尺寸測量精度,溫度的影響已經(jīng)成為重要的影響因素之一,所以恒溫裝置是分子測量機實現(xiàn)大表面范圍內(nèi)高分辨率、高精度測量目標的重要核心部件之一,因此本文選擇對分子測量機恒溫裝置的關(guān)鍵技術(shù)進行研

2、究,具有重要的理論意義和實用價值。
　　本文以分子測量機為背景,通過研究分子測量機的總體結(jié)構(gòu),包括分子測量機的工作環(huán)境、核心機構(gòu)的結(jié)構(gòu)、真空系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和隔振系統(tǒng)的結(jié)構(gòu),在此基礎(chǔ)上對分子測量機的恒溫裝置進行了設(shè)計。
　　基于傳熱學(xué)的相關(guān)理論對分子測量機恒溫裝置的傳熱過程進行了理論推導(dǎo)和分析;針對鉑電阻溫度傳感器在恒溫裝置中的測量不確定度進行了研究,設(shè)計出了符合亞mK測量精度的溫度測量電路,并針對鉑電阻溫度傳感器的自熱效應(yīng)提出一

3、種基于脈沖電流法激勵的鉑電阻測溫方法,建立了一個修正鉑電阻測溫非線性誤差的曲線擬合算法,并利用該算法實現(xiàn)鉑電阻測溫非線性誤差補償;利用ANSYS軟件對恒溫裝置的溫度場進行了數(shù)值模擬,研究了恒溫裝置溫度場的均勻性,核心機構(gòu)內(nèi)熱源、恒溫裝置材料發(fā)射率、溫度控制殼尺寸等對溫度場的影響;建立了恒溫裝置的控制模型、恒溫裝置執(zhí)行機構(gòu)的非線性模型;研究了恒溫裝置的加熱特性;針對恒溫裝置各項技術(shù)指標的控制要求,將變論域自適應(yīng)模糊PID控制算法應(yīng)用到恒溫