大范围高速原子力显微镜的前馈反馈混合控制方法

为了扩大原子力显微镜(Atomic Force Microscope,AFM)使用范围,研制了一套大范围高速AFM系统。针对大范围高速扫描时Z方向控制问题,提出了前馈反馈混合控制方法。前馈控制包括自动调平前馈和基于前一行扫描前馈,前者通过多线扫描确定样品倾斜位置,将所有扫描点的倾斜位移差用函数式表达,然后将其换算为Z向驱动电压后驱动下扫描器运动;后者利用前一行扫描高度数据作为当前行Z向扫描器驱动的参考输入。反馈控制为在普通比例-积分(PI)控制基础上改进的动态P参数PI控制,P参数设置与误差大小有关。实验结果表明:采用本控制方法最大控制误差由40.17nm减小为6.01nm,误差均方根值由22.85nm减小为2.01nm,明显抑制了误差信号,提高了Z向控制效果,获得了更精确的高度图像。

大范围扫描原子力显微镜自动调平控制技术

为了进一步扩大原子力显微镜(AFM)的应用范围,研制出一套大范围高速AFM系统。该系统采用上、下两个扫描器,上扫描器负责Z方向闭环控制的动态响应,下扫描器负责X、Y方向平面扫描及Z方向补偿控制。针对样品放置倾斜对大范围扫描成像的影响,提出基于多线扫描的样品自动调平控制技术。首先通过多线扫描确定样品倾斜位置,然后将所有扫描点的倾斜位移差用函数式表达,最后将位移差换算为控制电压作为扫描器Z向的前馈控制输入。实验结果表明,能消除样品倾斜对AFM大范围扫描的影响。

PI参数自动寻优控制器设计

针对传统比例-积分-微分(PID)控制器参数整定困难的问题,提出一种新型比例-积分(PI)参数自动寻优控制器(SPO).先确定PI参数的取值范围,按一定取值间距建立PI参数的查找表;针对反馈跟踪控制的3个性能指标,包括上升时间、超调量和稳态误差,分别根据查找表的参数进行轮询式测试,建立3个独立的性能评价数据库;根据满意度函数映射和自动规则产生算法,将3个评价数据库分别用函数表示;为了综合考虑3个性能指标,使系统控制的整体性能达到最佳,引入了价格函数;最后通过基于层截面颗粒度分析的图形算法,寻找出最优的PI参数.在原子力显微镜(AFM)上的实验证明,本控制器能自动寻找出适合当前系统状态的最优PI参数,可避免由于人为经验因素对扫描成像造成的影响,从而取得更好的扫描图像.

高精度微拉伸台数据处理方法研究

针对现有微拉伸台系统误差较大的问题,作者研究了提高微拉伸台测量精度的数据处理方法.设计了高速、高精度数据采集系统,对比了线性拟合、多项式拟合、分段拟合和逐点比较数据处理方法,分析了各种数据处理方法在消除系统误差中的优缺点.数据处理方法采用VC++语言编程实现,可以在线矫正系统误差.实验结果表明,灵活运用上述处理方法可以有效地提高微拉伸台测量精度.

基于PC104的嵌入式微拉伸台控制系统的研制

随着材料学研究的发展,需要一种在对材料进行微观检测时进行同步微操作的工具。本文设计了一套基于PC104的嵌入式微拉伸台控制系统,介绍了该系统的硬件组成以及软件编程。采用专用PID控制芯片实现电机的闭环控制,使拉伸台稳定地进行匀速运动。为了实现系统控制的高精度,对数据采集、原位保持等关键技术进行了算法优化。小型化、模块化、低功耗、操作简单等特点,使得本系统只需进行简单地扩展就可广泛应用于数控领域。

高速高精度SPM研究现状及发展趋势

如何实现高速高精度的扫描探针显微镜(SPM)扫描已经成为国际上研究的一个热点问题,扫描器动态响应性能的好坏、控制算法的优化以及电子学系统的设计等,都将影响SPM的扫描速度和精度。本文介绍了SPM在半导体工业检测和生物检测等应用中的不足,归纳了国际上对高速SPM研究的主要研究成果,分析了各个研究方法的特点和不足,对实现高速SPM扫描的主要问题进行了概括总结。

大型仪器购置查重评议系统的研究与实现

为从建设源头防止仪器设备重复购置、实现资源优化配置、促进开放共享,现以重大科研基础设施和大型科研仪器国家网络管理平台大型科研仪器设备购置查重评议系统为例,对该系统的架构设计、功能实现及该系统数据规范、信息全面、按需配置、流程科学严谨等主要特点进行讨论。目前,依托该系统进行查重评议工作取得积极成效。今后将进一步开发仪器申购子系统、完善数据库、提升技术水平等方面进行改进。

基于FPGA的悬臂梁品质因数提高方法

随着微悬臂梁在信号检测方面的广泛应用,需要一种简单高效的方法来提高微悬臂梁的灵敏度。本文提出一种基于FPGA的数字式提高微悬臂梁品质因数的方法。利用FPGA的可编程数字信号处理功能实现信号的移相,并与可变增益放大、滤波处理模块一起构成正反馈环路。该电路对微悬臂梁的振动能量损耗进行补偿,将微悬臂梁的品质因数提高一个数量级。实验结果表明,该方法简单易行,可显著提高微悬臂梁检测的灵敏度。

高速大扫描范围原子力显微镜系统的设计

针对目前高速扫描型原子力显微镜(AFM)主要是限于物检测且扫描速度和扫描范围均有待提高,提出了一种高速原子力显微镜结构设计方案。在压电陶瓷致动器驱动的柔性铰链结构式位移台的基础上,构建了AFM大范围扫描器,使原子力显微镜在x-y扫描方向的运动范围达到了100μm×100μm。通过傅里叶频谱分析,计算获得了AFM扫描器常用的三角波驱动信号和正弦波驱动信号的高次谐波特性及其对AFM高速扫描成像的影响程度。为了消除在扫描运动过程中的机械自激振荡,提出了将正弦波信号作为高速扫描的驱动信号,行扫速度达到50line/s。在正弦波驱动的基础上提出了一种基于位置采样的图像获取方法,有效地减小了AFM扫描器的非线性误差造成的图像畸变现象。

电线积冰自动化数据采集系统研究

针对现有电线积冰检测方法中完全依赖于人工观测带来数据缺乏连续性、计量误差较大的现状,设计了一种可对导线积冰数据实时观测的自动化采集系统。可实现将传感器接收到的力信号在PC/104平台的控制下经过A/D采样、多路数据流批处理、误差修正得到实时的积冰强度数据,通过软件来设定合理的时间间隔存储数据并可根据需要在屏幕实时显示。具有低功耗、结构简单、操作方便、低温环境可长时间稳定工作等特点,可作为气象观测部门电线积冰观测中一种有效的计量参考设备。

多束电子光学系统的研究现状与发展

本文对多束电子光学系统的国内外研究现状进行了详细调研,总结了各个系统的特点以及应用领域。多束电子光学系统在生命科学领域、材料领域以及半导体领域具有广泛的应用价值,本文指出了我国需要开展这方面研究的必要性。同时,本文介绍了国内在多束电子光学领域的研究进展。

三维可视化技术在断层解释中的应用

在油田开发中,复杂构造区块的解释难度不断加大,三维可视化技术成为了研究地质构造的重要手段,本文以相干体为着眼点,利用多角度立体空间可视化解释技术,在三维空间对复杂断层进行精细解释,复杂断层在三维可视化技术的作用下,变的易于观察和认识,为日后的储层预测等工作奠定了基础。

大范围快速AFM的高速高精度控制系统

针对原子力显微镜难以同时实现快速、高精度、大范围扫描成像的不足,逐渐出现了带两级扫描器的原子力显微镜。基于自行研制的大范围快速原子力显微镜(含两级扫描器),为其设计了一种以DSP_FPGA为核心的高速高精度控制系统。包括DSP和FPGA间数据传输模式和相互配置等关键技术的设计,然后嵌入PI控制器,最后用实验验证了控制系统的有效性。

用于应力应变和疲劳显微分析的原位拉伸系统的研制

工业上的应用和材料学的发展客观上要求对材料的力学性能测试进行实时动态观测。本研究部自主研发出了配合扫描电子显微镜的原位拉伸试验系统,成功地实现了对拉伸试验全过程的原位观测和微区分析,并初步具备了原位疲劳试验的功能。该系统使用直流伺服电机驱动机械部分对样品施加拉伸载荷,在基于PC104的嵌入式控制系统中,使用专用PID控制芯片实现电机的闭环控制,并在软件设计中对数据采集、原位保持等关键技术进行了算法优化,以实现较高的精度和稳定性。本文介绍了该系统的机械结构、软硬件组成,并展示了使用该系统对金属材料进行原位拉伸实验得到的数据和结果。该结果为材料的拉伸性能提供了很好的宏观和微观证据。

基于DSP-FPGA高速控制系统的应用研究

为了满足应用对控制系统高速高精度的要求，本文将原子力显微镜作为控制对象，主要研究基于DSP—FPGA控制系统设计中的关键技术问题。包括各模块的功能划分、模块间通讯模式设计并以单行扫描为例进行编程说明。随后将PID算法嵌入FPGA，对大范围快速原子力显微镜的单点测试做闭环反馈控制。实验结果显示，与以PCI04为核心的控制系统相比，基于DSP—FPGA的控制系统大大提高了大范围快速原子力显微镜的扫描速度和控制精度。

X射线波带片的应用及制备

随着新一代同步辐射大科学装置的出现,获得高品质X射线光源成为可能,X射线显微成像技术广泛应用于材料科学、生命科学、环境科学等领域。波带片作为X射线显微成像系统中聚焦与成像的核心元件,其制备和性能提高方法越来越受到研究人员的关注。本文介绍了波带片的基本概念、主要类型和应用领域,在此基础上综述了国内外在波带片制备方面的研究现状和最新进展,在总结波带片技术瓶颈的基础上,指出了利用多层薄膜切片法是制备硬X射线波带片的理想方法,我国亟待开展相关研究。

关于琵琶定弦法的几点浅见

现行琵琶演奏的“四、二度定弦法”(即一弦与二弦、三弦与四弦均为四度,二弦与三弦为大二度),是通过我国长期艺术实践大体固定下来并又为现在演奏者所接受的现实。 我国民族弦乐定弦法,从前往往是各从所需,相当自由。琵琶定弦则比较统一。迄今流传着的琵琶曲目,无论是从历代遗产中继承下来的传统名曲,还是近。

“多一点”的伤害

“老师，我这道题错哪了？”阿凯拿着期中考试数学试卷过来问我。我接过试卷把题目和他的解题过程仔细地看了一遍。原题是这样的：“甲容器中有15％的盐水30升；乙容器中有20％的盐水20升。如果向两个容器各加入等量的水，使它们的浓度相等，那么加入的水是多少升？”这一题属于分式方程的应用题，也是平时讲课时没讲过的有关浓度问题的应用题。阿凯是班上偏科严重的学生之一，但他对数学很感兴趣也很有天赋。他的解题过程是这样的：

超导磁共振仪器设备国产化现状及挑战

磁共振在化学分析和医学影像等领域发挥着不可或缺的作用,而磁共振仪器设备是开展磁共振研究的必要前提.长期以来,国外仪器厂商在我国磁共振仪器市场居于垄断地位.近年来,随着我国在磁共振仪器研发和产业化方面不断取得进展,市场份额为外商垄断的局面已大为改观.本文调研综述了我国磁共振仪器设备研制的现状,以及面临的若干挑战.

重视知识产权保护加快标准化战略布局

“十四五”伊始,我国进一步推进社会经济向高质量纵深发展,明确知识产权相关各项工作由追求数量转向高质量发展的行动计划。其中,如何通过知识产权保护激发创新主体活力是一项系统工作,需要深入研究。标准作为全球治理和国家治理的重要手段和工具,属于协商一致的公共权力的范畴;从保护个体或团队的创新成果为目标的知识产权角度来说,标准的运用和实施必将成为落实知识产权保护和科技成果保护的重要工具,对知识产权的创造、运用、保护、管理、服务全链条提供一致性支撑保障,确保形成权界清晰、分工合理、责权一致、运转高效的工作规则,进一步帮助激发创新主体的活力和潜力,为我国建设创新型国家保驾护航。