论文摘要：基于多次谐波成像方法的原子力显微镜控制系统设计

        原子力显微镜（AFM, Atomic Force Microscope）作为一种精密的表面分析仪器，可测量样品纳米尺度的形貌结构，已成功地应用于物理、化学等众多领域。随着纳米技术的发展，对样品表面形貌之外的力学性质等信息的获取也变得越来越重要。近年来提出的多次谐波成像技术可在获取样品表面形貌图像的同时检测样品力学信息，成为研究的热点。实现多次谐波成像功能关键在于改进信号的采集和处理方式，主要是由AFM控制器完成，因此，开展基于多次谐波成像方法的原子力显微镜控制系统的设计具有重要意义。

       本文致力于建立一套AFM控制器平台，在扫描形貌图像的基础上实现多次谐波成像功能，获取样品的力学性质信息，并开展仪器智能化研究。主要工作包括以下方面：

       （1）多次谐波成像方法的理论和实验研究。重点研究了多次谐波成像的关键过程——转换函数，将采集到的电信号信息转换为针尖样品间的相互作用力信息，得到包含样品力学性质信息的力曲线数据，为实现多次谐波成像功能提供理论基础。

       （2）控制器的硬件平台搭建。控制器是多次谐波成像功能的实现载体。设计了控制器核心板、DA电路、DDS电路等专用电路模块，完成信号采集和处理、模数转换、正弦波发生、串口通信等硬件功能。

       （3）控制器软件系统构建。进行实时操作系统移植、底层驱动和实时控制任务开发，在硬件平台上实现全数字化闭环反馈控制、样品表面形貌扫描和力曲线重建等功能。

       （4）样品形貌扫描和力曲线重建实验。针对不同的样品进行实验，验证控制器工作性能，并分析了针尖曲率半径对扫描分辨率的影响。对弹性模量不同的硅和云母样品进行了力曲线重建，通过对比力曲线的斜率证明了重建算法的有效性。

       （5）仪器智能化研究。主要包括自主选区和模糊PID控制等。自主选区功能可自动判别具有扫描价值的子区域，模糊PID控制可实时在线调整PID参数，有助于提升仪器操作的便捷性和扫描效果。

来源：半壳优胜鲸鱼幸运星转载请保留出处和链接！

本文链接：http://87cpy.com/293713.html