仪器设计概论文献阅读报告

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1、《仪器设计概论》文献阅读报告姓名：谢宇辰学号：201528017826016专业：微电子与固体电子学培养单位：苏州纳米技术与纳米仿生研究所日期：2015.7.21学习本课程的目的与意义本科学习的专业是自动化，在学习期间也做了不少比赛与老师的小项目，对于仪器和传感器类的知识有着不少的兴趣，研究生阶段选择微电子与固体电子学，导师的研究方向其中之一是基于扫描探针显微镜的微纳米尺度光、电、力学综合测试分析设备和相关技术，因而选择该课程更多的是出于兴趣，一方面是了解仪器设计的知识概况，另一方面希望看到新的

2、仪器的研究方向与进展拓宽视野，在课程学习过程中光学器件类的原理相对掌握较少，之前所用的摄像头，CCD，激光传感器都只是了解其采集信号的原理，对于精确度等方面没有仔细思考，经过课程学习，在光学仪器设计过程中的很多注意方向也有了认识，收获较多的在讲电控有关知识的那节课，除了很多自己熟悉知识的回顾，老师对于卡尔曼滤波的解释让我对该滤波器有了更深的的认识，之前自己只是通过现成代码对信号进行卡尔曼滤波，可对于其原理可程序中参数调节的原理思路很模糊，在该课程过后，不能说完全理解，但有了新的认识和理解，今后如

3、有机会继续使用该算法相信自己会更得心应手。2国内外研究与应用现状在文献阅读过程中优先选择了表面粗糙度有关的文献，在研究生阶段，因为要有很多实验使用扫面电镜，原子力显微镜，PL（光致发光）等测试手段对材料表面的形貌进行分析，因而选择这篇文献做主要阅读。阅读报告所查阅的相关资料更多的也是与这个方向相关的，同时自己还大致阅读了纳机电系统，文章简单对该方向进行了客观的评价与介绍，因为制造工艺部分自己不是很了解就没有认真阅读该部分，主要简单了解了该系统的概念和应用领域。NEMS（Nanoelectrome

4、chanicalsystems,纳机电系统）与MEMS类似，由于尺寸更小及纳米结构所导致的新效应,NEMS器件可以提供很多MEMS器件所不能提供的特性和功能,例如超高频率、低能耗、高灵敏度、对表面质量和吸附性前所未有的控制能力等.以NEMS谐振器为例,与MEMS谐振器相比,NEMS谐振器利用了纳米核心结构的尺度效应使器件性能获得了显著提升,通过谐振结构的等比例缩小,器件频率显著提高,甚至可以达到GHz[1]。因此可以组成高频电路里的振荡器和滤波器.纳米悬臂梁其质量可以小至10−18g[2]，以其

5、为敏感单元的质量传感器已能检测绑定在结构上的DNA分子,甚至还能检测到少量原子的影响[3]。近年来，随着机械、电子及光学工业的飞速发展,对精密机械加工表面的质量及结构小型化的要求日益提高，使得表面粗糙度的测量具有越来越重要的地位[4]。对激光核聚变驱动器[5]、磁盘、光盘、x射线光学元件、大功率激光窗口及同步辐射器元件的表面粗糙度要求，均已达到了nm级要求[4]。超高精加工表面的快速、高精度、在线和自动化测量、三维表面粗糙度测量是非接触式测量今后发展的主要方向，因此这些需求极大地促进了表面粗糙度

6、测量技术的发展。从表面粗糙度测量仪的历史看,也可以说是不断提高倍率和分辩率的历史，现在触针式测量仪的最高倍率为200万倍，纵向分辩率是5Å，目前认为这已达到了通常触针式测量的极限,即使纵向分辩率还可以更高，触针的最小尖端半径(已达0.1μm大小)也已达使用极限，力也有极限，即使接近于零，也还存在工件是否允许接触的问题。此外，由于触针式测量仪测量时的多次往返以及数据点膨大，致使测量和处理时间长，效率低，显然触针式测量已不能适应不断发展的新要求。为解决这些问题，近年来研究开发了各种非接触测量装置，例

7、如，光触针测量，STM，SEM，SPM等。近年来已开发了各种传感器，如图1所示。图1测试方法发展阅读文献发表时间较早，因而在查阅了相关非接触式表面粗糙度的检测的资料后，了解到现阶段非接触式测量发展较快的既包括原子力，扫描电子显微镜等直接测量方式，又包括了光学散射“散斑”投影等间接测量方法。同时非光学方法的非接触式测量方法也有很大进展，如超声检测法等。上述几种表面粗糙度的非接触式测量方法精度高，成本低，测量速度快，已广泛应用于工业测量。光学干涉法和散射法相比其他非接触测量方法虽然精度较低，但是其抗

8、环境干扰能力强，适合工业在线测量；光学散斑法测量精度高，且抗干扰能力强，适用于工业在线测量。激光衍射投影法是近几年开始采用的新型方法，其在线应用还需要进一步研究。超声测量精度相对较高，但是易受环境影响。目前还没有一个通用的测量方法能对各种工件表面粗糙度进行测量。实现表面粗糙度的快速“准确”自动化“低成本”抗干扰能力强以及可在线测量的测量方式，开发出相应的测量仪，仍是今后表面粗糙度测量的发展趋势。3仪器研制过程在文献中提到的方法是光干涉法，该方法原理是将工件表面的微观不平度和标准镜相比较。根据光波