数字信号发生器实现快速扫频

以VC串口控制为基础,以原子力显微镜的微悬臂为对象,分别对不同型号的信号发生器进行了程控扫频测试、对同一型号信号发生器的不同控制指令实现扫频进行了测试。实验证明,对于不同型号的信号发生器,频率变化速率不同,扫频速度也不同。而对于同一型号信号发生器,采用不同的控制指令也会影响扫频测试结果。为了更好地提高扫描速度,合理选用信号发生器型号及采用合适的指令进行扫频至关重要。     

用计量型AFM对一维纳米基准栅的标定及不确定度估计

利用轻敲模式的计量型AFM对公称栅距为240nm一维基准样板进行了标定,在充分分析AFM的结构和特性、测量过程、数据处理的基础上,得到了基准栅的平均栅距估计值和扩展不确定度。通过全面的不确定度分析,估计值的扩展不确定度达到了亚纳米量级。该不确定度分析表明,对于纳米量级测量,不确定度估计不仅需要全面掌握测量仪器、测量过程中各种测量不确定因素的影响,还需要考虑和估计常规测量过程中可以忽略的二次误差的影响。     

基于硅悬臂高阶谐振的动态原子力显微镜的快速扫描

利用原子力显微镜(AFM)硅悬臂器件具有多阶谐振模态的特性,提出了基于硅悬臂高阶谐振特性构建动态AFM来实现快速扫描的方法,并研制了可工作于一阶模态和高阶模态的AFM。介绍了高阶谐振AFM系统的基本结构和工作原理,从理论上证明了利用硅悬臂梁高阶谐振特性实现快速扫描的可行性。以自制的AFM为研究对象,分析了影响动态AFM扫描速度的主要因素,对系统各模块的响应时间进行了分析、测试,并通过实验证明了AFM在二阶谐振模态下的稳定时间明显小于一阶谐振模态下的稳定时间。最后,分别用一阶、二阶谐振模态对光栅试样在同一区域的表面形貌进行了扫描测试,测试数据表明:在相同条件下,AFM的扫描速度在二阶谐振模态下约是一阶模态下的3.3倍。理论分析和实验结果证明了利用高阶谐振探针提高AFM扫描速度的可行性和有效性。     

接触测量中的微探球力变形研究

随着微纳米测量系统中测头微探球尺寸的不断减小和测量不确定度要求的不断提高,测力所引起的力变形误差对测量系统不确定度有着不可忽略的影响。根据Hertz理论,构建了微探球与工件接触时的接触模型、微探球与试样力变形模型,给出了最大允许测力估计方法和力变形计算方法。以现有的3种微纳米三坐标测量机微探球为参考,分别估计了允许最大测力及引起的力变形。结果表明,对于纳米量级测量不确定要求,接触式测量中微探球的受力变形误差是不可忽略的。