Accelerating the Feedback Loop in Scanning Probe Microscopes without Loss of Height Measurement Accuracy by Using Pixel Forecast Methods

Scanning probe microscopes (SPM) are limited in their speed of data acquisition by the mechanical stability of the scanner. Therefore many types of scanners have been developed to achieve a rigid setup while maintaining an acceptable image size. We have followed here a different path to accelerate data acquisition by improving the feedback loop to achieve the same SPM image quality in a shorter time. While the feedback loop in a scanning probe microscope typically starts to probe a new pixel starting from the previous position, we have reduced the total control time by using an improved starting point for the feedback loop at each pixel. By exploiting the information of the already scanned pixels a forecast for the new pixel is created. We have successfully used several simple methods for a prognosis in MATLAB simulations like one dimensional linear or cubic extrapolation and others. Only scanning tunnelling microscope data from real experiments were used to test the forecasts. A doubling of the speed was achieved in the most favourable cases.

动脉粥样硬化实验兔血液滞后环、黏弹性、触变性研究以及脑基底动脉内皮细胞扫描电镜观察

目的检测动脉粥样硬化模型的滞后环、黏弹性、触变性等流变学指标,并进行脑基底动脉内腔面内皮细胞扫描电镜观察,以阐明动脉粥样硬化机理。方法设计了4个实验动物组:A组(对照组),B组(动脉粥样硬化组),C组(甘露醇干预组),D组(动脉粥样硬化+甘露醇干预组)。实验兔喂以高脂、高胆固醇食物,造成动脉粥样硬化模型。4组动物饲养到期后抽静脉血,采用上海航天局研制的HT流变仪,进行血液滞后环、黏弹性、触变性等流变学指标的检测。获取4组动物的脑基底动脉标本,继之进行其内腔面内皮细胞的扫描电镜观察。结果(1)与A组相比,B组的血液滞后环、黏弹性、触变性等多项流变学的指标,观察到有高调76%,促动脉粥样硬化方向的变化数据。(2)与A组相比,C组与D组的血液滞后环、黏弹性、触变性等多项流变学的指标,由于甘露醇的血液扩容作用,出现约50%的血液滞后环、黏弹性、触变性等流变学指标的低调变化。(3)脑基底动脉内腔面的内皮细胞扫描电镜观察展示:A组,表面平整,细胞呈长梭形,细胞长轴与血管长轴平行排列,细胞间连接紧密;B组,内膜内皮细胞高低不平,呈搓板状,细胞间的连接断断续续,部分内皮细胞肿胀隆起,表面微绒毛少而粗短;C组,内膜内皮细胞基本平整,但有少量非特异性损伤,部分内皮细胞隆起,如同卵石状态排列,示细胞的体积明显缩小;D组,具有B与C两组共有特点,内皮细胞排列比较紊乱,但基本上仍平行于血管的长轴,隐约可见一些接近正常的内皮细胞。结论(1)从血液滞后环角度,观察到正常人与正常兔子间有一定程度的区别。该文已成功制作动脉粥样硬化模型,应用甘露醇进行干预后血液滞后环有明显的变化。(2)从兔脑基底动脉内皮细胞扫描电镜观察展示,A组细胞具有健康性,但B组的细胞已受损。C、D两组的内皮细胞,既没有A组那么好,也没有B组那么坏,其形态学的观察处于A与B两组之间。(3)对动脉粥样硬化的防治策略而言,该文以高脂、高胆固醇食物造成了兔子动脉粥样硬化的模型,说明不利的饮食与营养可达到致动脉粥样硬化的早期损伤表现,这也影射出科学地设计饮食谱可以避免动脉粥样硬化的发生。(4)血液滞后环、黏弹性、触变性以及有关流变学指标,在各组间差异很大,通过血液可测出是否正常,如发现异常可进行科学的补液进行纠正,这对防治动脉粥样硬化以及心、脑血管病发生是值得的。

面向开环扫描系统的超声图像畸变校正方法

超声显微成像技术广泛应用于工业无损检测领域。相较于闭环、半闭环扫描系统硬件复杂、成本高,开环扫描系统结构简单、成本低,但由于无反馈机制会导致步进电机的非线性运动引起图像像素错位畸变。因此,消除非线性运动带来的错位畸变是采用开环扫描系统实现高质量超声成像的关键。该文提出集最大值投影法、最大类间方差法和中心坐标校正法于一体的MIP-Otsu-C3M方法,对开环扫描系统获得的硬币回波数据采用最大值投影法获取初始灰度图像,采用最大类间方差法获取感兴趣区域的B扫描图像边缘像素位置,并采用中心坐标校正法成功消除像素错位,解决了超声C扫描图像畸变问题。对消除错位畸变的回波数据进行飞行时间法和傅里叶变换法图像重建,直接获得了非畸变的三维图像和透视图像。该新颖算法也验证了最大值投影法可拓展至图像畸变校正应用。

基于scan context描述子的LVI-SAM算法改进研究

针对LVI-SAM算法中视觉惯性子系统容易因快速运动或明暗变化激烈导致算法回环检测无效的问题,文章设计了一种结合scan context描述子的回环检测系统的多传感器融合算法。首先,在原有的LVI-SAM算法的激光惯性子系统中增加scan context模块,形成scan context矩阵,用二进制矩阵来形成关键帧提取策略,以减少算法的计算冗余。同时,基于scan context描迷子解决在光照环境不佳情况下的回环检测问题。

一种基于低频窄带扫描的电磁式电压互感器杂散电容测量与精确建模方法

与电力变压器相比,电磁式电压互感器(PT)具有更大的杂散电容,这将使其磁滞曲线的绘制以及宽频仿真模型的构建更加困难,难以进行精确的铁磁谐振仿真。目前,工程上常用频率扫描的方式计算高频高压变压器的分布电容。但是该方法需要数MHz的扫频范围,难以应用于工作在低频下的PT设备。该文提出一种低频窄带的频率扫描方法,通过在PT与变频电源端口之间串联电感的方式,将扫频试验的谐振点降至低频范围内,对杂散电容的数值进行了精确计算。该方法所需的扫描频段窄、扫描频率低,降低了对电源与测量设备的硬件要求,避免了由于高频试验带来的损耗问题。进而,可以分离PT端口电流中的容性电流与励磁电流分量,对磁滞曲线进行精确绘制。最终,可以建立包含铁心磁滞与杂散电容的π型仿真模型。仿真结果具有较好的频率响应特性,与试验结果的相似系数保持在95%以上,优于现有的仿真模型。

压电超声共振式风传感器风场闭环解算策略研究

为了能够在复杂环境下实现风速风向的高精度和高稳定性测量,在基于声学共振原理的风传感器系统的基础上,采用闭环控制扫描技术改进了系统的性能指标。采用声学共振的方式,同时对换能器产生的信号进行频率调制和强度调制,实现对超声换能器的线型扫描。频率调制解决了在不同压力、温度等环境因素影响下导致的共振频移的问题,强度调制解决了换能器性能随时间衰减问题,极大地提高了信噪比。实验结果表明,采用闭环控制的方法可以准确测量风速风向。风速测量范围0~50 m/s,风速测量精度为±0.5 m/s(≤15m/s)/±5%(>15 m/s且<35 m/s)/±9%(>35 m/s)。改进后的系统在复杂环境下受环境变化影响小、精度高、稳定性好、抗干扰能力强。

红外空空导弹导引头预定回路模糊PID双模控制研究

针对红外制导空空导弹导引头瞬时视场角小、对目标发现概率低的问题,提出了导引头预定回路模糊PID双模控制方案。首先对导引头伺服系统工作原理进行分析,建立其预定回路模型;其次,对预定回路分别采用常规PID控制和模糊PID控制进行了仿真对比分析;最后给出了预定回路的模糊PID双模控制模型,并进行了仿真验证,结果表明该方案能有效改善导引头动态性能,提高发现概率。

趾甲床微循环血管形态的扫描电镜观察

本文报道应用血管铸型扫描电镜观察方法,研究了趾甲床区微循环血管的形态。在甲床近甲根部2/5区,微血管沿趾甲的长轴呈平行排列;在甲床中2/5区,微血管互相交叉,形成多角形网眼;在甲床前1/5区,交叉排列的微血管与趾尖部皮肤乳头层微血管的斜行血管网相移行。

可编程控制器(PLC)控制系统的LED数码管显示

针对中小型 PL C控制系统显示中存在的占用输出点数多、执行时间长等一些实际问题 ,介绍了一种硬软件相结合的解决方法 .显示接口电路以地址译码和显示单元选择相配合 ,仅用 1 6点输出 ,即可实现最多 1 2 8位 LED数码显示 ;软件上以循环显示与更新显示方式相结合 ,程序简洁 ,电路抗干扰能力强 ,更新一位 L ED仅用两个 PL C扫描周期 .

任意区域的边界扫描转换

本文对包围任意区域的边界自由曲线采用较灵活的数据结构，能利用区域连贯性、扫描线连贯性和边的连贯性，实现了包括任意多个内环的任意区域的边界扫描转换。

平膜压电谐振式结冰传感器信号检测方法

通过对平膜压电谐振式结冰传感器的几种测量方案的分析,提出一种开环扫频的信号检测方法。采用C8051F系列单片机作为传感器的激励和测量的主要控制单元,能以较快的速度和较高的精度测得传感器谐振频率,从而得到冰层厚度的检测信息。实验表明该方法可取得良好的效果。

基于相位反馈控制的压电微音叉扫描探针显微镜

压电微音叉具有谐振频率稳定、品质因数高和易于实现音叉臂的振动检测等优点。利用微音叉的这些特性,将其与钨探针结合,构成了压电微音叉扫描探针显微镜(SPM)测头,可实现对微观表面的测量。该测头扫描时,压电微音叉的谐振频率被试样表面原子和钨探针尖端原子间的作用力调制。探针的谐振状态通过锁相环路(PLL)实现,微音叉测头与试样间的恒定测力及测头的Z向定位通过相位反馈控制实现。此外,测量系统可同时获得试样表面的微观轮廓图和相位图。

板材三维曲面的无模多点闭环成形技术

基于具有并行调形功能的多点快速曲面造型系统和自主开发的激光扫描测量机 ,提出了三维板类件多点闭环精确造型的概念 ,并应用 PID控制算法进行了多点闭环成形实验 ,得到了符合设计要求的工件形状。讨论了三维板类件多点成形逆向工程的实现问题。

基于Multisim行扫描AFC锁相环电路仿真设计

锁相环电路具有良好的相位误差控制功能,可实现电路输入信号与输出信号频率之间的同步。基于设计一种行扫描锁相环电路,采用EDA仿真软件Multisim2001,利用Multisim强大的电路设计和仿真功能,完成对锁相环电路的设计。仿真结果表明,所设计电路实现了对相位的锁定功能,同时依托multisim灵活简便的仿真环境,还可通过改变元件参数,并结合观察各点波形的变化,而找到电路的最佳锁相范围数据,为PCB设计与制作节省了设计成本。

雷达天线近场测试系统中取样架的稳定性分析

取样架稳定工作是雷达天线测试系统的关键．因此，对取样架的结构稳定性进行了校验，对其控制系统稳定性进行了分析，并给出控制参数的取值域．在系统稳定性要求的控制参数范围内，系统可安全可靠地运行．

虚实一体的原子力显微镜实验系统

研究开发了虚实一体的原子力显微镜实验系统,由AFM原理演示及模拟扫描软件系统、AFM模拟演示探头系统和AFM实验仪器装置等部分组成。开展了AFM实验背景的介绍、相关原理的仿真演示、AFM操作的模拟训练、AFM模拟扫描成像实验数据的测量及相关的实验研究。实现了对学生进行创新思维、操作技能、知识整合等各种层次的训练,并建立了"回顾历史、触摸现在、遇见未来"的四维空间物理实验教学模式,具有低成本、多功能和高效率等特点。该虚实一体的AFM实验系统已在我校得到很好的推广与应用。

锁相环路中扫描捕获方法及性能分析

锁相环中的扫描捕获是航天测控工程中常用的一种重要技术。分析了具备扫描捕获电路锁相环的工作原理和实现方法。介绍了2种具有扫描捕获电路的锁相环,即具有相干检测电路和积分扫描电路的锁相环和具有辅助鉴相器和扫描发生器的锁相环,并比较了电路各自的优缺点。重点分析了环路参数对捕获性能的影响以及扫描速率与捕获时间的关系。

微振动对不同支撑形式扫描机构的扫描精度影响研究

针对有高扫描线性精度要求的扫描机构,研究了微振动环境对基于轴承和挠性枢轴两种不同支撑形式扫描机构的影响。用ADAMS与Matlab/Simulink软件联合建立两种支撑形式扫描机构多体动力学闭环控制模型,对扫描过程进行了仿真,扫描线性度误差满足指标要求,验证了模型的正确性。在相同控制要求及某卫星实测微振动激励下,用所建模型仿真分析了两类扫描机构的扫描线性度受微振动环境的影响。结果表明:在相同的控制策略和微振动激励条件下,微振动对基于轴承和挠性枢轴的扫描机构的扫描线性度影响分别最大可达1%,2.6%。其中基于挠性枢轴的扫描机构更易受微振动环境的影响,但在工程误差一定的条件下,该影响可通过提高角度检测反馈精度而被有效控制。综合视轴标定精度和图像配准精度等指标要求,建议感应同步器精度需提升至1″以便于工程实现。研究对相机及卫星工程研制有一定的参考价值。

液晶自适应光学扫描激光检眼镜的光学系统设计

设计了一套液晶自适应光学扫描激光检眼镜,采用790nm近红外光进行波前探测、视网膜成像以增加受试者的舒适度;采用离轴反射式结构以避免透镜表面的杂散光对探测和成像的不利影响;采用开环校正模式以提高系统稳定性和能量利用率(比闭环高约1倍)。利用ZEMAX软件对成像系统进行模拟分析,证明系统自身可以达到接近衍射极限水平,MTF@33cycles/mm=0.38(对应视网膜上4μm),MTF@44cycles/mm=0.2(对应视网膜上3μm),轴向分辨率约80μm,满足设计要求。

基于PMAC的全闭环控制在超声检测中的应用

对复杂形状的曲面进行超声检测时,传统的半闭环控制无法消除传动环节的误差,因此难以检测到材料中1.2 mm以下的缺陷。为改善系统并提高精度,可以在负载上增加光电编码器形成全闭环控制系统。通过光电编码器将负载运动的实际位置反馈给控制卡,由控制卡实现传动误差的实时补偿,提高运动精度。为验证该方法的有效性,对全闭环系统进行建模并且用Matlab求出了系统的动态响应曲线,分析表明全闭环控制能够减少传动环节的延时和误差。实际应用中,对同一个飞机螺旋桨叶片分别采用半闭环和全闭环系统进行检测,结果表明,全闭环控制可使系统的位置误差由15.43μm减少到9.51μm,检测飞机螺旋桨叶片时的缺陷误判几率由8.3%降为3.2%。