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《天津大学》 2012年
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微悬臂梁横向弹性系数标定关键技术的研究

包汉瑜  
【摘要】:原子力显微镜(AFM)在微纳米量级的操纵和加工领域有着广泛应用,作为其核心组件,微悬臂梁的力学性能至关重要。利用AFM进行表面摩擦力测量、纳米结构操纵和探针的纳米机械加工等工作皆需准确获知AFM微悬臂梁横向弹性系数值,该值是纳米量级操纵和加工误差的主要来源之一。现有多种AFM微悬臂梁横向弹性系数标定方法,但均存在不足。本文分析了一种新的AFM微悬臂梁横向弹性系数标定方案并搭建了一套标定系统:超精密电磁补偿天平结合倾角已知的斜面测得微悬臂梁所受的横向扭转力,光杠杆测得横向扭转量,进而可计算得微悬臂梁横向弹性系数。利用本标定系统对三种型号的微悬臂梁进行了横向弹性系数的标定,均方差皆在5%以内,且与有限元仿真结果一致。此外,利用本系统完成了AFM微悬臂梁轻敲力测量的实验准备。 主要工作内容包括以下几个方面: 1.对AFM微悬臂梁横向弹性系数现有的标定方法进行了分类和比较,针对已有研究工作存在的不足之处,分析了一种基于超精密天平结合斜面称量扭转力、光杠杆法测量扭转量的微悬臂梁横向弹性系数标定技术方案; 2.参与设计并搭建AFM微悬臂梁横向弹性系数标定系统,该系统主要包括微悬臂梁精密定位控制装置、微悬臂梁横向扭转量光杠杆测量装置、微悬臂梁横向扭转力检测单元等; 3.设计了基于MSP430F149单片机的横向弹性系数标定系统与轻敲力测量硬件电路、软件程序; 4.利用搭建的系统和控制电路对多种型号微悬臂梁横向弹性系数进行了标定实验,并与有限元仿真结果进行了比对;此外,初步完成了轻敲力测量的相关实验。
【学位授予单位】:天津大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2012
【分类号】:TB125

【参考文献】
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