原子力顯微鏡(atomic force microscope,AFM)在三維形貌檢測(cè)、納米材料加工、生物特性檢測(cè)等物理、化學(xué)、生物領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用,是目前靈敏度最高,檢測(cè)精度最高的三維形貌檢測(cè)儀器。然而,原子力顯微鏡在三維掃描過程中,由于壓電陶瓷遲滯等特性導(dǎo)致的掃描點(diǎn)定位不準(zhǔn)確,嚴(yán)重影響了掃描圖像的質(zhì)量,限制了原子力顯微鏡的性能。本文根據(jù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象提出正弦函數(shù)與線性函數(shù)相結(jié)合的遲滯模型,并使用AFM掃描的圖像來求解模型參數(shù),建立的遲滯模型可嵌入到AFM掃描程序,實(shí)現(xiàn)三維掃描過程遲滯實(shí)時(shí)校正。論文完成的主要工作以及成果總結(jié)如下:(1)研究分析了壓電陶瓷的遲滯特性,基于實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象,建立了基于正弦函數(shù)與線性函數(shù)的遲滯模型,能夠有效的補(bǔ)償遲滯誤差;(2)根據(jù)壓電陶瓷在AFM三維掃描過程中工作方式,推導(dǎo)了遲滯模型在掃描圖像中的表達(dá)形式,并提出使用正向掃描圖像與反向掃描圖像進(jìn)行特征點(diǎn)匹配求取模型參數(shù)的方法。使用求解的遲滯模型直接校正掃描圖像的遲滯取得了很好的效果;(3)對(duì)現(xiàn)有的原子力顯微鏡硬件系統(tǒng)進(jìn)行改造,搭建了硬件PID反饋控制電路,有效地提高了掃描速度;(4)在改造的原子力顯微鏡實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上,實(shí)現(xiàn)了基于所提遲滯模型的實(shí)時(shí)遲滯校正,并進(jìn)行了相關(guān)實(shí)驗(yàn)測(cè)試。實(shí)驗(yàn)表明,不同掃描頻率、掃描范圍下AFM掃描圖像的遲滯均能被減小90%以上,基于此模型也可以很方便的實(shí)現(xiàn)了遲滯的實(shí)時(shí)校正。此模型可在不改動(dòng)硬件的情況下集成到商業(yè)AFM中,具有較好的應(yīng)用價(jià)值。
【學(xué)位單位】：合肥工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TP391.41;TP273;TH742
【部分圖文】：

圖 1.1 壓電效應(yīng)與逆壓電效應(yīng)Fig 1.1 The piezoelectric effect and inverse piezoelectric effec的壓電效應(yīng)與逆壓電效應(yīng)極大的推進(jìn)了科技的進(jìn)步，領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用 利用壓電效應(yīng)可以制作多種振動(dòng)，用于聲納系統(tǒng) 氣象探測(cè) 環(huán)境保護(hù)等領(lǐng)域 換為機(jī)械能產(chǎn)生形變這一特點(diǎn)制作精密微位移平臺(tái)，密儀器 精密機(jī)械 微電子技術(shù)等領(lǐng)域，在現(xiàn)代精密用 壓電陶瓷是一種人工合成的壓電多晶體，相比較瓷壓電性更強(qiáng)，介電系數(shù)更高，可以加工成任意形狀種壓電傳感器，微位移平臺(tái)等的分辨率可達(dá)納米級(jí)甚至亞納米量級(jí)，響應(yīng)速度可達(dá)，因此由壓電陶瓷制成的微位移平臺(tái)被廣泛應(yīng)用在 A組成元器件 定位平臺(tái)的定位精度直接影響著 AFM定位平臺(tái)驅(qū)動(dòng)過程中，希望通過線性的電壓驅(qū)動(dòng)壓電

第一章 緒論校正掃描圖像遲滯陶瓷遲滯特性陶瓷的遲滯特性是一個(gè)復(fù)雜的過程 如圖 1.2 所示為壓電陶瓷位之間的關(guān)系，其中，輸入電壓為三角波 壓電陶瓷的遲滯主要與輸入電壓不成線性關(guān)系； 2 加電壓過程的位移-電壓曲線與-電壓曲線不重合 壓電陶瓷的遲滯大小不僅僅由當(dāng)前驅(qū)動(dòng)電壓入 驅(qū)動(dòng)信號(hào)頻率 范圍密切相關(guān) 然而，使用三角波驅(qū)動(dòng)時(shí)化，歷史輸入如何變化，壓電陶瓷的輸出位移均是一個(gè)遲滯環(huán)線性均是先增大再減小，即相同驅(qū)動(dòng)電壓下加壓曲線與減壓曲再減小

合肥工業(yè)大學(xué)學(xué)術(shù)碩士研究生學(xué)位論文充放電達(dá)到表面電荷量的控制，其中一組電流源輸出正電流對(duì)壓電陶瓷進(jìn)行控制壓電陶瓷伸長(zhǎng)，另外一組電流源輸出負(fù)電流對(duì)壓電陶瓷進(jìn)行放電控制壓瓷縮短 同時(shí)，正負(fù)兩組電流源又根據(jù)電流的大小細(xì)分為多個(gè)電流源，不同的電流源可以控制不同精度的充放電 給對(duì)應(yīng)的電流源不同的導(dǎo)通時(shí)間，就實(shí)現(xiàn)不同速度的充電放電效果，間接實(shí)現(xiàn)壓電陶瓷以不同速度伸長(zhǎng) 縮短的控制

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前2條

1 劉泊;郭建英;孫永全;;壓電陶瓷微位移驅(qū)動(dòng)器建模與控制[J];光學(xué)精密工程;2013年06期

2 劉向東;劉宇;李黎;;一種新廣義Preisach遲滯模型及其神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)辨識(shí)[J];北京理工大學(xué)學(xué)報(bào);2007年02期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前1條

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相關(guān)碩士學(xué)位論文 前3條

1 張蕤;多模態(tài)原子力顯微鏡改進(jìn)及實(shí)驗(yàn)[D];合肥工業(yè)大學(xué);2017年

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本文編號(hào)：2818497