基于壓電懸臂梁的SFM反饋控制與信號檢測系統研制.pdf

1、掃描力顯微鏡(SFM)是掃描探針顯微鏡(SPM)家族中一組重要的成員,是測試物質表面形貌和特性的重要工具.傳統的利用光學偏轉法對懸臂梁的變形進行檢測的SFM儀器由于需要精確的光學對準機構從而使儀器結構復雜、體積較大、操作過程繁瑣;另外由于懸臂梁不能進行自激勵和自調整,因而無法在一些場合下應用.基于壓電懸臂梁的SFM能夠彌補傳統光學方法檢測的SFM的上述不足,在微觀形貌檢測尤其是并行加工和信息存儲方面有著廣闊的應用前景.該文針對基于壓電懸

2、臂梁的SFM反饋控制和信號檢測系統進行了設計、仿真和試驗.基于壓電薄膜的壓電效應和逆壓電效應原理提出了壓電懸臂梁的在外激勵條件下的等效電路,并設計了差動電荷和差動電流放大電路,對設計進行了模擬.針對待測信號,設計了帶通濾波電路,用以慮除信號中的干擾噪聲,提高信噪比.對基于壓電懸臂梁的SFM反饋控制系統性能提出了要求,根據性能要求設計了反饋控制系統的整體結構和基于DSP的實現方案.DSP板卡作為硬件控制和計算單元,基于DSP卡構造多級子卡

3、結構,包括ADC通道子卡、DAC與通信子卡.完成了多級子卡以及其他硬件部分的設計和仿真和測試.根據系統性能要求和所設計的硬件結構,設計了反饋控制系統的軟件結構.完成了反饋控制系統軟件部分中的各層程序的算法設計和代碼設計.針對所要測量的壓電懸臂梁的壓電信號中存在大量干擾噪聲的情況,采用數字鎖相計算的方法對所采集的信號進行計算和信息提取.針對壓電陶瓷薄膜介電性能檢測中的問題,設計了基于數字鎖相計算的介電性能測試方法.對該方法的原理和精度進行