基于pvdf测头三维纳米测量和定位实验的研究

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1、基于PVDF测头的三维纳米测量与定位实验研究摘要纳米技术的不断发展，对精密测量与定位技术提出了更高的要求，因此纳米测量和定位技术成为当前精密工程领域的研究热点之一。文中提出了一种基于聚偏氟乙烯(PVDF)薄膜构成的轻敲型振动梁式测头，同时对三维表面形貌测量及微／纳米级三维触发定位进行了相关实验研究。文中阐述了一种采用PVDF薄膜作为振动梁的新型测头的构成原理，根据测头输出信号的特点，设计了信号放大及调理电路，对原系统电路部分进行了改进。通过DDS函数信号发生器提供正弦交流信号驱动测头振动，采集卡采集测头输出信号，得到测头的频谱图。在测头

2、上粘接利用直流电化学研磨法得到的钨探针，结合三维纳米定位平台，通过实验获取系统噪声水平、扫描试样时所需的电压设定值、PI参数、系统空间分辨率等参数。最终实现对玻璃长光栅表面三维形貌的测量。将系统从表面三维形貌测量向三维微／纳米级触发定位方向拓展。通过相关实验，分析并优化了影响测头性能的各项参数，提高了测头的灵敏度。通过减小测头的机械振幅降低测量力，更好地发挥了本测头轻敲模式的优点。设计了用于粘接探针的机械夹持机构，并且对整个系统采取必要的隔震防噪措施，提高了系统的稳定性。通过实验对原试样重新扫描，与之前测量结果比对后发现，系统性能得到较

3、大提升。对大台阶硅试样表面三维形貌的扫描测量，进一步验证了系统的可靠性。将光纤熔接机烧制的一体式微测杆粘接至测头上，利用钢制标准量块对测头X、Y、Z方向分别进行触发定位实验，得到了测头不同维度的空间分辨率。对测头三维触发定位稳定性和重复性进行了相关实验，以此进一步对系统的性能指标做出了分析。文中叙述的各项研究结果表明，基于PVDF振动梁式测头构建的系统可以实现高空间分辨率、低测量力、适合各种材料的表面形貌测量。同时，该系统测头在X、Y、Z各维度均满足了微／纳米级触发定位的要求。关键词：PVDF振动梁三维形貌测量触发定位实验研究Exper

4、imentalstudyofthree．dimensionalnano—measurementandpositioningbasedonaPVDFProbeABSTRACTWiththecontinuousdeVelopmentofnano-technology，ahigherdemandforpreclslonmeasurementandpositioningIechnologyisputforward．Therefore，nano—measurementandpositioningtechnologyhaVebecomeoneoft

5、heresearch士ocuseslnthecurrentprecisionengineeringneld．Inthisarticle，ascanningstyIusoftappingmodewithaVibratingbeamstructure，whichhasakeysensingcomponentofPVDFmembrane，hasbeendeveloped．Basedonthisdevelopedprobe，three_dimensionalsurfacetopographymeasurementandmicro／nano．sc

6、alethree—dimensionaltriggerpositioningarestudied．ThispaperdescribesanewstyluswhichisconstitutedbyPVDFmembraneastheVibratingbeam．Thesignalanlpli：6cationandconditioningcircuitryaredesignedaccordingtothecharacteristicsoftheoutputsignaloftheprobe，andtheonglnalclrcultsectloni

7、simproVed．ADDSFunctionGeneratorprovidessinusoidalACsignaltodriVetheprobeinVibration，andthefrequencyspectrumoftheprobe1sacqulredaccordlngtotheprobe’soutputsignalwhichisc011ectedbVtheacquisitioncard．BondingtheprobewithatungstenstyluswhichismadebvDCchemicalgrindingmethod，co

8、mbiningwiththethree—dimensionalpositioningplatform，thewholenoiseleVelofthesystem，thev01tagesetvalueofth