文档介绍：中国科学技术大学
硕士学位论文
用于AFM的纳米位移传感器信号的采集处理与实现研究
姓名:陈仁兵
申请学位级别:硕士
专业:检测技术及自动化装置
指导教师:余永
20100501
摘要世纪是纳米科技的时代,全球各国都将纳米研究作为国家发展战略,纳米技术将带来社会和经济的巨大发展。纳米科技的研究需要借助各种观测和操作工具,比如广泛用于纳米观测的原子力显微镜茿用于纳米级操作确存在诸多问题,比如:驱动探针的纳米位移输出的压电陶瓷存在文献研究改进压电陶瓷的非线性和迟滞问题,比如基于驱动电压的控制模型,作的高精度控制,限制了压电陶瓷在纳米环境下的进一步应用。因此本文针对微环境下鞯那氐悖兄剖凳辈饬垦沟缣沾傻哪擅孜灰频传感器,提取微弱信号,采用基于位移的负反馈的闭环控制方法,改善压电陶瓷的非线性和迟滞效应,为利用迪帜擅准妒凳辈僮魈峁┮恢旨虻ヒ仔械本文是以国家自然科学基金重点项目“纳米环境中机器人化操作的理论体系与实现方法”为研究背景,以中国科学院合肥智能机械研究所机器人传感器实验室多年来在力传感器和测力平台的研究工作为基础,利用中科院沈阳自动化所微纳米实验室的微纳米位移测试平台,进行能获取凳鼻灰菩畔呕ǜ衅鞯幕到峁钩叽纾岣叽ǜ衅鞯姆糯蟊群托ぷ餍Ч2且在实验室无积累的情况下,设计了线上快速原型算法验证和实时测量相结合的联合开发模式。擅孜灰菩畔⒒袢∠低车慕ⅲ赫攵晕⑷跣藕糯淼奶氐悖枰3⑹远种算法的研究效果。设计了基于采集卡和砑嘟岷系姆桨负突氖凳笔莶杉低常ü齋将外部位引入写理研究。方案一更能实现快速的验证算法和分析信号的特征;方案二将系统小型化,便于纳米位移信息的反馈给控制端口。⑷跣藕诺拇硌芯浚和ü治鲂藕诺姆堤匦裕杓莆⑷跣藕诺姆大电路,综合了模拟滤波和数字滤波的优点,分别采用了五阶巴特沃斯低通滤波器和基于小波变换算法的滤波器和基于度胧紻滤波,实现了信号的晗覆龃罱ǖ幕诹ζ教ê蚉教ǖ牧教状ǜ衅鞑馐韵低常合低巢仅能够标定传感器的线性工作曲线,而且能够研究传感器的静态工作特性和动迟滞、蠕变和非线性等缺点,影响到纳米级驱动的静态和动态性能。虽然很多但是此法将造成整个定位系统成为一个复杂的非线性系统,严重影响到纳米操方法。的传感器的研制。本文的主要研究内容如下:降噪目的。
态工作特性。从平台的搭建,平台的测试原理和标定流程做了详细介绍,并通过平台和设计的信息获取系统得出了传感器信号处理后的性能指标,对实验结关键词:微弱信号处理果进行了讨论。纳米级位移传感器纳米位移测量虚拟仪器摘要
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作者签名馋百二伽,甓嘣拢琭日中国科学技术大学学位论文原创性和授权使用声明含任何他人已经发表或撰写过的研究成果。与我一同工作的向志对本人声明所呈交的学位论文,是本人在导师指导下进行研究工作所取得的成果。除已特别加以标注和致谢的地方外,论文中不包本研究所做的贡献均已在论文中作了明确的说明。本人授权中国科学技术大学拥有学位论文的部分使用权,即:学校有权按有关规定向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版,允许论文被查阅和借阅,可以将学位论文编入有关数据库进行检索,可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论保密的学位论文在解密后也遵守此规定。文。
第一章绪论微纳米科学技术研究的目的与发展方向年,著名美国物理学家、诺贝尔奖金获得者德,·费曼在美国物理学年献髁恕ù伪ǜ妗K诒ǜ嬷腥衔#芄挥煤旯鄣幕骼粗造比其体积小的机器,而这较小的机器又可制作更小的机器,这样一步步达到分子程度。费曼还幻想在原子和分子水平上操纵和控制物质。该报告认为在原子水平上,会出现新的相互作用力、新颖的性质以及千奇百怪的效应。许多科学家从中受到启发,开始了纳米尺度领域的科学探索和技术研究,通过探索,科学家们发现,在纳米尺度上物质表现出种种新颖的现象、奇特的效应、特异的性质,这是一个新的科技天地。世纪年代初,扫描隧道显微镜的发明.ù蟮拇俳四擅准际醯姆⒄梗它成为一个真正排布原子的工具。五年后发明的原子力显微镜,人类不仅能够从宏观上观测微观上原子尺度的能力,同时可以直接通过工具操⑾諧。。碳原子构成的球状结构材料之后,纳米管琒姆⑾忠鹆巳嗣嵌阅擅撞牧系募ù蠊刈兰甏岳矗擅卓萍贾鸩椒⒄共⑿纬闪私徊嫘孕滦搜Э屏煊颍纳米科技在计算机、信息处理、通讯、制造、生物、医疗、地面和空间发展,尤其是在国防上有巨大的发展前景,而且纳米科学技术发展的促进作用可能导致众多领域革命性的进展。许多国家在纳米科技领域展开了激烈竞争。美国笑揽科浞⒋锏幕】蒲г谟晌⒐鄣胶旯鄣墓ぷ髦辛煜龋擅卓萍挤展作为国内四大最需要发展的科技之一;日本馑则利用其发达的应用技术在由宏观到微观的工作中取得了较大的成果:德国ü姜桂兴臀圣