扫描探针显微镜的发展与应用

扫描隧道显微镜和原子力显微镜的发明大大促进了扫描探针显微镜的发展。本文介绍扫描隧道显微镜和原子力显微镜的基本工作原理、发展背景以及以扫描隧道显微镜和原子力显微镜为基础衍生出来的各种扫描探针显微镜的应用。扫描探针显微镜是一种新的探测仪器，它在三维方向上的分辨率均可以达到原子量级的水平，因此在微电子学、微机械学、计量学、化学和生物医学等领域中有广泛的应用前景。     

扫描探针显微镜下微纳结构深度测量的校准方法

扫描探针显微镜(SPM)是微纳结构三维测量中的一项重要技术。然而,在测量过程中台阶或沟槽样品的边缘附近会出现不准确的轮廓,这就造成了深度测量的精度损失。为了避免深度测量的精度损失,分别建立了机械探针和光学探针的两个分析模型,描述了不准确轮廓、样品深度和探针形状之间的耦合关系;在此基础上,提出了一种具有良好精度的深度测量标定方法。与现有的国际深度测量标准(W/3规则)进行比较,该方法提供了一个明确的边界来确定测量结果是否有效;此外,它还可以指导用户在执行测量之前选择适当的探针。     

基于互联网的扫描探针显微镜远程控制研究

在Ｉｎｔｅｒｎｅｔ信息传输的基础上,实现了数字化ＳＰＭ的远程控制。用户首先在连接ＳＰＭ的服务器上远程登陆,并取得不同的控制权。在得到主要操作人,协作者或旁观者的权力后,分别能远程直接控制ＳＰＭ的全部参数,部分参数,或不能控制参数。该系统已经在北京与上海两城市间进行了演示。     

原子力显微镜探针原位有效参数对线宽测量的修正

针对原子力显微镜（AFM）的线宽和轮廓的精确测量，对AFM探针的原位有效参数进行了定义和表征，提出使用AFM探针的原位有效参数对AFM的线宽测量结果进行修正的模型。采用有效半径和半内角表征AFM探针的复合形状，悬臂轴倾角表征探针的安装状态，设计了具有不同梯形截面的两个表征样板，通过对表征样板进行AFM和扫描电子显微镜（SEM）的比对测量获得了探针的原位有效参数。提出了在线宽测量中，当AFM的扫描轮廓线具有不同的斜度时分别采用的不同的修正公式。采用此公式和探针的原位参数对掩膜板的AFM线宽测量结果进行了修正。     

一种用于扫描力显微镜的微型干涉光探针

论证了氮化硅三角形微探针可以作为一个后向点衍射板的光学原理，并根据这一原理设计了一种用于扫描力显微镜的微型干涉光探针，它利用微探针表面向以射波与反向点衍射波之间的干涉来检测微探针的形变，其纵向分辨率达到了０．０１ｎｍ。     

基于石英音叉的扫描探针显微镜的设计与实现

介绍了基于石英音叉剪切力模式的扫描探针显微镜系统(Scanning Probe Microscope, SPM)的设计和实现.系统由基于PC104总线的工业主板、ATmega16电机控制模块、高压驱动模块、数据采集和前置信号处理模块组成,在TCP/IP和RS232通信协议的基础上通过自定义上层通信协议完成各模块之间的连接.由于采用了模块化设计和工业化标准,该系统可稳定工作于工业现场,用于加工件表面质量的测量、集成电路缺陷检测、材料瑕疵分析等.     

利用扫描探针显微镜研究Co量子有序阵列的特性

采用交流电化学沉积法,在小孔径的阳极氧化铝模板里,成功制备了Co磁纳米线有序阵列。通过机械抛光、化学抛光工艺,样品表面平整度可达到±10nm/μm2左右。采用透射显微镜(TEM) 扫描探针显微镜(SPM)观察了样品的表面形貌、Co纳米线的微观形貌和与形貌对应的磁畴图像。结果表明,纳米磁记录阵列膜里的每一根Co纳米线均为单畴结构,磁畴分布非常有序且与氧化铝微孔的形貌分布一一对应,畴的大小随磁力针尖离样品的高度不同略有变化;在一定的高度范围内,磁针离样品的高度和扫描速度不影响观察到的磁畴分布。样品在2T的外场下磁化后,大多数磁矩发生了反转。发现了相邻位之间磁畴的磁矩取反现象,这种阵列膜具有量子磁盘的原型结构。制备的阵列结构孔密度可达1011/cm2,如果每一个单畴存储二进制单元的一个信息位,相应的存储密度应达100Gbit/in2以上。该纳米磁记录阵列,有望成为新型的超高密度量子磁盘。     

齿轮测量中心的校准方法探究

齿轮测量仪器的发展经历了从机械展成式测量技术到计算机控制的坐标测量法的历程.通过对齿轮测量仪器发展过程的回顾,阐述了齿轮测量中心的机械结构及工作原理,对几何误差的来源进行了重点分析,并提出了几种简单实用的校准方法.     

超高真空扫描隧道显微镜定位系统的研制

本文介绍了超高真空扫描隧道显微镜（ＵＨＶ－ＳＴＭ）定位系统的设计方法，并对误差进行了分析和修正。定位系统在操作范围为－５６０～＋５６０ｎｍ时的定位精度达到了０．１ｎｍ，该系统性能稳定，运行可靠。达到了设计要求     

大尺寸锯齿形螺纹规中径的校准方法

目前对于普通螺纹规中径的校准方法有很多,比如三针法、影像法、轴切法、侧规法和环规法等等.而对于一些大尺寸的特殊螺纹规(如锯齿形螺纹规)没有统一的方法,该文对这类特殊螺纹规的中径校准提出了一种切实可行的解决办法,并且在实际应用中得到了验证.     

一种基于线性预测和极大似然估计的基音检测算法

用线性预测的方法求出语音信号的LPC(Linear Predictive Coding)谱,然后根据候选的声门激励与LPC谱卷积重构语音信号的短时频谱,当重构频谱与原始语音频谱之间的畸变最小时,声门激励之间的间隔为基音周期.为了提高计算效率,采用频域动态搜索的方法搜索基音周期的候选值.数值实验表明,采用线性预测和极大似燃估计 (Maximum Likelihood, ML)的基音检测算法可保留更多的基音信息,并能有效地减少基音检测的错误,并且该算法比传统的ML法有更强的鲁棒性.     

五自由度测量中直线度现场标定方法研究

直线度现场标定是保证其在线测量精度的重要方法。在收发一体式激光五自由度测量结构的基础上,针对直线度现场标定中标定平台引入的阿贝误差和角锥棱镜成像误差,建立了直线度现场标定模型。根据该标定模型并结合五自由度测量装置的角度测量结果,提出一种直线度现场标定误差补偿方法。实验表明,该标定方法使标定系数误差减小到0.2%以内,有效提高了直线度现场标定精度。     

电子水平仪节距法测量平直度的定位误差

数字式电子水平仪节距法测量平直度时,其测量不确定度的主要来源有示值误差,数显量化误差,测量重复性,定位误差等四项。本文讨论定位误差的估算,分析影响定位误差的主要因素,并提出抑制定位误差的方法。     

声学多普勒测速仪标校技术研究

为了提高声学多普勒测速仪输出速度的准确度,安装过程中测速基阵与载体之间的偏差角不可忽略,安装偏差角包括航向偏角,横摇角及纵摇角三类。介绍了一种三维空间上的多普勒标定技术,通过高精度的GPS导航仪以及多普勒测速仪对海底测速,利用速度比值差校准航偏角。通过纵向剖面的几何关系,从航偏角出发进而获得纵摇角和横摇角的大小,完成了三维方向上多普勒测速仪的校准,使多普勒测速仪坐标系与载体坐标系能够进行精确转换,从而提高了声学多普勒测速仪输出速度的准确度。外场试验较好地证明了该方法的有效性,分析结论看出在二维平面上,造成误差的原因主要在于安装偏角的航向偏角,而在三维空间上,尤其垂向速度,误差主要由纵摇角和横摇角产生。该方法可以快速地对三维安装偏角进行校准,运算量小,并且在对海水测速后续研究中可以形成一套体系。     

电化学工作站校准方法

针对我国目前缺少电化学工作站校准方法的情况,文章通过阐述电化学工作站的工作原理,从仪器的物理性能入手,提出了该仪器的校准项目和技术指标:电位示值误差(±0.02 V)、电流示值误差(±5×10^(-9) A)、峰电位重复性(3%);重点探讨了仪器的电位示值误差、电流示值误差和峰电位重复性指标的校准方法,形成了一套系统的电化学工作站校准方法,并对电化学工作站进行了实际校准。结果表明该方法科学合理、简便易行、可操作性强,各项指标结果符合仪器的校准项目指标,可用于评价仪器计量性能,为仪器日常的校准工作以及国家计量校准规范的制订奠定了基础。     

An efficient camera calibration and optimisation method based on orthogonal vanishing points

A more efficient camera calibration and optimisation method based on orthogonal vanishing points is proposed. After extracting corner points on the calibration images by using the Harris algorithm, some parallel lines are fitted via the least square method. The Levenberg–Marquard (L–M) algorithm is used to find out the optimum vanishing points. The intrinsic parameters are solved on the basis of the orthogonal vanishing point characters. The enhanced Tsai’s method is designed to solve the extrinsic parameters. The minimum residue optimisation function is introduced to calculate the distortion coefficients and optimise all parameters globally. The feasibility and efficiency of the proposed method is illustrated by an experimental study. The method can be used to obtain high precision calibration parameters without the need of sophisticated mechanical devices. It has great potential to calibration cameras in the field of computer vision, 3D measurement, etc.     

食品安全快速检测仪校准技术探讨

为确保食品安全快速检测仪量值的准确可靠,探讨该类仪器主要计量特性的校准方法.根据工作原理和结构组成,将仪器的校准项目分为波长示值误差与重复性两大计量特性指标.仪器波长校准采用光纤光谱仪,仪器示值误差校准采用光谱中性滤光片、甲醛溶液标准物质或氯化钴溶液标准物质.试验结果表明:该校准方法可操作性强,校准结果有较好的溯源性和可比性.     

印刻法制备中间相沥青基中孔炭

用中间相沥青作碳源,硅胶水溶液作造孔剂,采用胶体印刻法制得一系列中孔碳。实验发现当适量纳米级硅源添加到中间相沥青中,会在彼此颗粒间形成一定的纳米孔道,从而导致中间相沥青在炭化过程中没有沥青由固相向液相转化的过程。结果表明：碳硅比、印刻温度以及中间相沥青的基本物化性质都将对中孔碳的孔结构发生重要影响。且制得比表面积和孔容分别为482m2/g和1.62cm3/g的中孔碳。     

基于卡尔曼滤波的摄像机标定方法

本文提出了一种基于迭代扩展卡尔曼滤波的摄像机标定方法.将二维平面靶标图像上的特征点看作是匀速运动的点,以观测到的特征点图像坐标和对应世界坐标作为滤波器的输入,摄像机内外参数的估计值作为滤波器的输出,根据迭代扩展卡尔曼滤波算法得到摄像机内外参数的最优估计.通过仿真和真实实验,结果表明,对于有限数量的平面靶标标定图像数据,该算法具有较高的标定精度和较好的鲁棒性.