微弱光电信号检测电路设计

光电信号检测与采集电路的性能优劣,直接关系到粉尘浓度测量系统的准确度和精确度。在分析研究了光电检测基本原理和微弱信号检测影响因素的基础上,针对粉尘浓度测量系统中光信号的特点,通过采用差分式测量结构,提高光电探测器供电电源的稳定度,选用低噪声、响应快的运算放大器等措施,设计了一种噪声低、反应快、简单实用的微弱光信号检测电路,成功应用到了某粉尘浓度测量系统上。     

新型电化学原子力显微镜的研制

电化学原子力显微镜将电化学分析技术与原子力显微镜结合起来,能对生物传感器,新型电池和电腐蚀进行原位电化学扫描探针显微测量分析。为了实现电化学与扫描探针功能的系统集成,在控制电路设计中采用现场可编程门阵列,提高了系统的可靠性。电化学控制箱与原子力显微镜的头部紧密集成,保证微弱信号不受干扰,并具有多种电化学工作模式。系统具有稳定性好,重复性高,抗干扰能力强等优点。     

基于原子力显微的多模式扫描探针显微镜

扫描探针显微镜是目前世界上分辨率最高的显微镜之一,也是纳米技术研究的主要工具。本文在分析原子力显微镜工作原理的基础上,探讨多模式扫描探针显微镜的相关功能,并对扫描探针显微镜的发展前景进行展望。     

扫描隧道显微镜和原子力显微镜

介绍了扫描隧道显微镜(STM)和原子力显微镜(AFM)的原理和目前情况。     

基于快速原子力显微镜的正弦驱动信号设计

随着人们对微观世界的探知需求,原子力显微镜（AFM）的扫描速度与扫描范围愈发限制其在纳米级领域的应用。各种提高AFM扫描速度的手段应运而生。通过分析扫描速度过快对图像的影响以及对正弦驱动可行性的考察,利用Filed Programmable Gate Array（FPGA）为核心,结合基于PCI04控制系统的AFM的快速扫描的特点,设计正弦波驱动信号。设计中采用查表的方式以及嵌入式nios Ⅱ处理器,实现正弦信号的输出与串口通讯。从而将AFM扫描探针的驱动信号由传统的三角波变为正弦波以提高其扫描速度。     

原子力显微镜在信息存储介质检测中的应用

介绍了原子力显微镜（AFM）的原理及特点.用AFM对光盘上记录信息用的凹坑结构进行了三维检测.所得结论表明AFM在信息存储介质检测过程中具有独特的优势.     

微弱光强信号采样电路设计

微弱光信号检测电路应用在许多精密测量仪器中。针对微弱光强信号放大采样问题,分析了传统光电检测电路存在的不足,采用S2387系列光电二极管,结合多级放大电路与T型反馈电阻网络,设计了一种放大倍率可编程的微弱光强信号采样电路。基于对实验数据的分析,通过对前后级放大倍数的合理分配,该电路兼顾了提高响应速度与降低噪声的要求,简洁可靠,适合于光强和波长变化范围大的微弱荧光、散射光和反射光检测。     

基于光点偏转方法的原子力显微镜的研制

讨论了光点偏转方法检测微小位移的原理，建立了相应的光电检测系统，用于检测微悬臂（针尖）的微位移，并在此基础上研制了纳米级分辨率的原子力显微镜。仪器最大扫描范围可达2×2μm2。文中给出了部分样品的测试结果。     

日本精工SAP400原子力显微镜性能的改进

日本精工公司(SEIKO)生产的原子力显微镜的功能多、性能好,国内已经有近百台的拥有量。它的信号放大、处理主要由锁相放大器完成。但其内部的锁相放大器灵敏度不够高,外加一台高性能、高灵敏度的锁相放大器,可大大提高其性能。用美国斯坦福公司产的SR830锁相放大器对本实验室的日本SEIKO公司SPA400原子力显微镜进行性能改进,可使其性能有很大提高。     

基于原子力显微镜的光盘表面微结构的检测

利用原子力显微镜在纳米尺度上观察了光盘(CD)和数字通用光盘(DVD)的表面微观结构,对沟槽间距、摆动幅度等参数进行了测量,进而就这些参数对存储性能的影响进行了分析。实验结果显示:CD-R和DVD-R光盘上以连续的沟槽取代坑,并组成螺旋状的轨道,DVD-R光盘的信息存储密度更大。光盘轨道间距的变化范围是摆动幅度的4倍。写入后,沟槽的深度明显变深。实验结果同时表明,利用AFM能直接测量光盘上信息位的形貌参数,进而找出影响光盘质量的直接因素。     

原子力显微镜发展近况及其应用

扫描隧道显微镜(简称STM)和原子力显微镜(简称AFM),它们也可统称为扫描探针显微镜(简称SPM)。原子力显微镜(AFM) 是近十几年来表面成像技术中最重要的进展之一。与扫描电子显微镜相比,它具有较高的分辨率。本文将讨论原子力显微镜的工作原理、原子力显微镜的发展概况和应用。     

双探针原子力显微镜视觉对准系统

传统的原子力显微镜（AFM）受针尖形状和放置方式的影响很难测量线条的宽度和两个侧壁的形状,故本文提出采用双探针对顶测量方案来消除AFM针尖形状对测量结果的影响。介绍了一种基于机器视觉的双探针原子力显微镜对准系统,该系统将两个探针接触到一起,实现了双探针在三维方向上的对准。系统采用具有亚微米级分辨率的镜头,配合高分辨率的CCD来获得探针的清晰图像,用于在水平和垂直两个方向实时监控双探针的运动情况。采用基于石英音叉式的自传感自调节的原子力探针,无需外加光学探测系统,缩小了系统体积,避免了杂散光对视觉对准系统的干扰。最后对针尖进行了亚像素边缘提取,精确地获取了探针之间的相对位置,实现了亚微米级的双探针对准（1 μm以内）。该结论由探针之间距离与幅度/相位曲线得到了验证。     

基于DDS的轻敲式原子力显微镜探针驱动方法研究

以DDS芯片AD9833为核心,以NI6229数据采集卡的数字I/O口模拟SPI总线控制AD9833,实现了1Hz到10MHz频率范围内连续正弦信号输出,分辨率达到10-5,最小步进1Hz。数据采集卡与DDS芯片AD9833的结合为轻敲式原子力显微镜探针的驱动提供了稳定精确的正弦信号源。实验证明,此设计硬件电路结构简单,软件控制灵活,输出信号频率稳定,精确。     

锁定放大微弱信号检测仿真与设计研究

为解决商用锁定放大器不便于特定应用背景下微弱信号检测系统的灵活扩展与剪裁,该文分析了正交锁定放大的基本原理,建立了正交锁定放大的MATLAB/SIMULINK数学模型,展示了锁定放大所能达到的性能以及数字信号处理对锁定放大性能的改善效果。给出了正交锁定放大检测装置的硬件设计过程,包括前端信号调理电路、移相电路、相敏检测电路、低通滤波电路、均方值电路及数字显示电路等。仿真表明,在高斯噪声影响下,微弱信号检测可以达到较高的检测精度,且通过滑动平均值滤波算法可以有效提高检测的精度。实验研究表明,在噪声信号峰峰值为10 V情况下,可以将50 m V的有用信号提取出来,且在50 m V以上可以拟合出较好的输入输出线性关系,便于检测装置的标定。     

基于探针定位的原子力显微镜纳米操作虚拟夹具实现

尽管基于原子力显微镜(Atom force microscopy,AFM)的纳米操作在过去10年间取得了极大进展,但依然有两个问题没有得到很好解决:探针的精确定位和稳定性操作。由于压电陶瓷驱动器非线性和温漂的影响,使得探针相对于被操作物体的定位极其困难,从而造成纳米操作任务失败;同时,因为探针仅能对被操作物体施加点式作用力,在操作中经常出现探针滑过被操作物体,或者引起被操作物体的转动、形变等非理想结果,阻碍纳米操作的深入发展。针对上述问题,提出基于概率的虚拟夹具纳米操作方法,其核心思想是在基于路标观测的探针定位基础上,实现基于概率的探针多点并发操作策略—虚拟夹具方法。仿真与试验结果验证该方法可以稳定、长距离的推动纳米颗粒,能够对一维纳米材料(管、线、棒)进行定姿态操作,从而使AFM纳米操作效率得到极大提升。     

原子力显微镜探针对环型DNA分子的切割研究

本文利用原子力显微镜氮化硅探针对吸附在云母基底表面上的超螺旋环形pCI-neo质粒DNA成功地进行了切割操作,同时计算出探针的切割力约为40nN。同时对切割的精度和切割后样品的拾取等问题进行了深入地的分析和探讨。原子力显微镜用于生物样品的纳米级操纵对生物样品的研究具有重要的研究价值。     

锁定放大技术在ACFM检测电路设计中的应用

扰动磁场检测信号是微弱信号且总是不可避免地含有噪声和干扰信号.利用锁定放大技术设计一扰动磁场检测电路,包括去2.5 V直流电路、放大滤波电路、移相电路、电压型开关式乘法器.该设计电路实现了对扰动磁场微弱信号的测量与消噪处理.试验表明,利用锁定放大技术设计优化ACFM检测电路是一种有效的方法.     

卧式原子力显微镜的研制

提出原子力显微镜 (AFM)的新设计 ,讨论卧式 AFM的工作原理及其性能特点 ,简要介绍 AFM的控制电路系统及其图像扫描和图像处理软件系统 ,给出 AFM扫描获得的部分样品的图像结果。     

原子力显微镜成像技巧的探讨

原子力显微镜(Atomic Force Microscopy,AFM)的一个重要应用是对样品表面的微纳米尺寸特征进行成像,在扫描的过程中,实际成像图是原子力探针和样品共同卷积的结果,所以探针的选择、样品的制备直接决定成像质量。本文总结了探针的弹性系数、曲率半径、悬臂镀层对成像的影响,以及制样、装样时可能存在的问题,因此为获得更准确的成像,需要克服样品可能存在的这些问题,并选择适合的探针对其成像。