基于彎曲法的微懸臂梁彈性常數標定技術與系統的研究.pdf

1、微懸臂梁具有結構簡單、高靈敏度、成本低等特點,是納米測試技術中的常用工具,尤其作為原子力顯微鏡(Atomic Force Microscope,AFM)探針時,在表面形貌測試、納米操縱等方面應用廣泛,而微懸臂梁作為力的感應單元對于掃描速度、力測量結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測量方案,通過光杠桿求出微懸臂梁的法向偏轉量,精密天平測得彎曲力,最后由胡克定律求出彈性常數。本文完成了系統機械結

2、構的設計和搭建,基于FPGA設計了核心測控電路,對不同型號、不同形狀的微懸臂梁進行了標定實驗,測量結果的重復性較好,大部分結果的相對標準差優(yōu)于2％,測量結果真實可靠。由于本方法力的測量結果具有可溯源性,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方面:
　　1.設計了超精密天平與光杠桿法相結合的微懸臂梁彈性常數標定系統,微懸臂梁的法向偏轉量由光杠桿獲得,彎曲力由天平測得;
　　2.搭建了微懸臂梁彈性系數標

3、定系統,通過各部件的優(yōu)化和器件的選型提高了標定系統的準確性,實現了微懸臂梁的法向運動、彎曲量的獲取等功能;
　　3.基于FPGA設計了核心測控電路,包括位敏探測器(Position Sensitive Detector,PSD)信號提取單元、下位機PID反饋控制單元和壓電陶瓷微位移器高壓驅動單元等部分,設計了上位機界面,實現上位機與各個部分的通訊;
　　4.對NT-MDT公司的七種型號的微懸臂梁探針進行了標定實驗,對標定結果