發(fā)布時間：2022-02-24 12:20

　　研究表明,當微納測頭的尺度達到納米級或微米級時,測頭與測量表面間的微觀表面作用力會對測頭產(chǎn)生顯著影響,因此,本文圍繞微觀表面作用力對微米尺度測頭的影響展開研究。對測頭產(chǎn)生影響的微觀表面作用力主要有毛細力、范德華力、靜電力、卡西米爾力等,本文從理論層面分析了其形成機理,并從實驗角度開展了探針尖端球頭尺寸、環(huán)境濕度、表面粗糙度等因素對微觀作用力的影響研究。本文研制了一套基于光纖布拉格光柵（FBG）的微觀作用力測量系統(tǒng),構(gòu)建了用于測量微觀表面作用力的實驗系統(tǒng)。采用FBG作為敏感元件并利用光纖熔接機在FBG光纖上制備不同球徑尺寸的探針尖端球頭,同時配合改進的匹配光柵波長解調(diào)法完成對測量信號的解調(diào),后續(xù)通過設計的硬件電路對信號進行偏置、調(diào)制、放大、解調(diào)、濾波等處理以提高系統(tǒng)的靈敏度和抗干擾能力。通過編寫Lab VIEW的相關程序?qū)y量信號進行軟件處理并采集到計算機,最后,配合光學微動臺和PI納米驅(qū)動平臺完成微觀作用力的實驗研究。通過實驗測試得到FBG微觀作用力測量系統(tǒng)靈敏度和分辨率分別為6.22m V/nm和2.89nm。在微觀作用力實驗中,比較了兩種不同球頭直徑的測頭測量結(jié)果,發(fā)現(xiàn)其對球徑大的... 

【文章來源】：合肥工業(yè)大學安徽省211工程院校教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：73 頁

【學位級別】：碩士

【文章目錄】：
致謝
摘要
abstract
第一章 緒論
    1.1 課題的研究背景及意義
    1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
    1.3 課題來源與主要研究內(nèi)容
    1.4 本章小結(jié)
第二章 微觀作用力構(gòu)成機理及模擬分析
    2.1 微觀作用力構(gòu)成
    2.2 毛細作用力
    2.3 范德華力
    2.4 靜電力
    2.5 卡西米爾力
    2.6 各個微觀作用力間的關系
    2.7 本章小結(jié)
第三章 微觀作用力感測原理與方案
    3.1 光纖布拉格光柵的傳感原理
    3.2 光纖布拉格光柵的波長解調(diào)
        3.3.1 光譜分析法
        3.3.2 非平衡M-Z干涉解調(diào)法
        3.3.3 可調(diào)諧濾波器解調(diào)法
        3.3.4 可調(diào)諧光源解調(diào)法
    3.3 光纖布拉格光柵的復用技術
    3.4 微觀作用力測試系統(tǒng)傳感與解調(diào)方案
        3.4.1 測頭的傳感方案
        3.4.2 測頭的解調(diào)方案
    3.5 本章小結(jié)
第四章 微觀作用力測試實驗系統(tǒng)構(gòu)架
    4.1 測量系統(tǒng)的整體構(gòu)架
    4.2 測頭的機械結(jié)構(gòu)設計及制備
    4.3 光學系統(tǒng)的組成
        4.3.1 激光光源
        4.3.2 耦合器
        4.3.3 FBG傳感器
        4.3.4 光電探測器
    4.4 信號調(diào)理電路
        4.4.1 信號處理電路
        4.4.2 穩(wěn)壓電路
    4.5 上位機采集部分
    4.6 本章小結(jié)
第五章 微觀作用力的實驗測試
    5.1 實驗系統(tǒng)構(gòu)成及實驗方法
    5.2 實驗結(jié)果及分析
        5.2.1 系統(tǒng)靈敏度及分辨率測試
        5.2.2 在不同表面下的測量結(jié)果
        5.2.3 不同介質(zhì)中的測量結(jié)果
        5.2.4 不同測頭球徑的測量結(jié)果
    5.3 測量系統(tǒng)誤差分析
    5.4 本章小結(jié)
第六章 總結(jié)與展望
    6.1 工作總結(jié)
    6.2 研究展望
參考文獻
攻讀碩士學位期間的學術活動及成果情況


【參考文獻】：
期刊論文
[1]微/納器件粗糙表面間彎月面力及黏著力計算[J]. 劉思思,張朝輝,周杰,何建國.  計算力學學報. 2014(04)
[2]光纖光柵傳感器的調(diào)諧濾波檢測技術[J]. 劉云啟,劉志國,郭轉(zhuǎn)運,董孝義.  光學學報. 2001(01)

博士論文
[1]MEMS壓阻式三維微觸覺測頭及其在納米測量機上的應用研究[D]. 李源.天津大學 2007

碩士論文
[1]新型FBG三維納米振動測頭解調(diào)系統(tǒng)研究[D]. 王景凡.合肥工業(yè)大學 2017



本文編號：3642716