諧振增強(qiáng)型AFM閉環(huán)反饋控制系統(tǒng)的研究.pdf

1、本文首先分析了AFM的原理及其工作模式，在此基礎(chǔ)上提出并設(shè)計了一種新穎的非接觸諧振增強(qiáng)型AFM閉環(huán)反饋控制方案。該方案根據(jù)開環(huán)模式下所測得的微探針—樣品力曲線，判斷并得到微探針對探針－樣品間作用力最敏感、線性度最好的區(qū)域，然后選取該區(qū)域的中點作為反饋平衡點，該點所對應(yīng)的信號電壓值即作為反饋控制信號—Vset電壓。 閉環(huán)測試時，包含樣品表面信息的電壓信號一路經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換進(jìn)入計算機(jī)作為采樣信號，同時另一路與設(shè)定值Vset進(jìn)行比較，然

2、后經(jīng)過積分電路和高壓放大電路來驅(qū)動Z向壓電晶體伸縮，使得探針－樣品距離保持恒定。同時計算機(jī)控制二維壓電柔性鉸鏈工作臺進(jìn)行掃描，便可獲得樣品表面的三維微觀形貌。 該系統(tǒng)的新穎之處在于諧振增強(qiáng)技術(shù)與模擬PID反饋控制兩者的結(jié)合。諧振增強(qiáng)技術(shù)使系統(tǒng)有較高的靈敏度，模擬PID有很高的反饋速度。本課題的電路部分工作主要包括：Z向壓電體高壓驅(qū)動以及反饋控制電路(鑒相器、比較器、積分電路)的設(shè)計制作，開環(huán)電路參數(shù)調(diào)整、優(yōu)化改進(jìn)和PCB板制作。

3、該反饋控制系統(tǒng)只需將其中的濾波電路稍加改進(jìn)便可完全適用于輕敲模式。 探針的位置微調(diào)整對于AFM來說是極為重要的。本論文中設(shè)計了一套四維探針微調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)具有很高的調(diào)節(jié)精度，同時可操作性、重復(fù)性和可靠性也很高。同時還對Z向壓電樣品臺的改進(jìn)設(shè)計，將細(xì)逼近和伺服微逼近環(huán)節(jié)合二為一，使系統(tǒng)更緊湊。 本研究亦設(shè)計編寫了閉環(huán)掃描測試程序以及力曲線測量程序。并在VC++的框架下，結(jié)合OpenGL的三維圖形處理功能，編寫了Surfa