状态激励轻敲模式原子力显微镜的设计与仿真 被引量：3

1

作者 华宝成 钱建强 姚骏恩 《电子显微学报》 CAS CSCD 北大核心 2011年第1期1-6,共6页

为轻敲模式原子力显微镜设计了一种激励方式,在带有状态反馈的轻敲模式原子力显微镜基础上,除去原有的外加激励信号而引入一个自动增益控制环节,用于维持状态反馈信号的幅度恒定,并将此信号作为悬臂振动的激励信号。该激励方式即为状态... 为轻敲模式原子力显微镜设计了一种激励方式,在带有状态反馈的轻敲模式原子力显微镜基础上,除去原有的外加激励信号而引入一个自动增益控制环节,用于维持状态反馈信号的幅度恒定,并将此信号作为悬臂振动的激励信号。该激励方式即为状态激励,用于轻敲模式时可称为状态激励轻敲模式原子力显微镜。采用Matlab/Simulink工具实现了对状态激励轻敲模式原子力显微镜系统的建模和数值仿真,起振曲线证明了状态激励信号能够驱动悬臂振动并调整其工作频率;逼近曲线、线扫描曲线等典型功能仿真实验证明了状态激励方式能够成功地应用于轻敲模式成像。 展开更多

关键词 原子力显微镜 轻敲模式 状态激励 数值仿真

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非共振轻敲模式原子力显微镜的研究 被引量：4

2

作者 闫孝姮 孔繁会 +1 位作者 邵永健 李鹏 《仪器仪表学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第2期70-77,共8页

原子力显微镜(AFM)是在微纳尺度观测以及操纵样品的重要工具。与传统的接触模式和轻敲模式AFM相比,非共振轻敲模式AFM因为其控制力精度高并可同步获取多种机械特性等优势得到了广泛的应用。采用基于背景相减和同步算法相结合的方法搭建... 原子力显微镜(AFM)是在微纳尺度观测以及操纵样品的重要工具。与传统的接触模式和轻敲模式AFM相比,非共振轻敲模式AFM因为其控制力精度高并可同步获取多种机械特性等优势得到了广泛的应用。采用基于背景相减和同步算法相结合的方法搭建了一套自制的非共振轻敲模式AFM,并对位置检测电路建立了通用噪声仿真模型,优化了位置检测电路噪声,从而优化了最小可控力的精度,使其最小可控力小于50 pN。接着通过对标准硅材料栅格进行形貌表征验证了系统的成像性能,以及对复合材料的形貌、粘附力、形变等多种力学性质表征,验证了系统及成像方法的有效性。 展开更多

关键词 原子力显微镜 非共振轻敲 纳米表征 背景相减算法

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原子力显微镜磁驱动轻敲模式在活细胞成像中的应用研究 被引量：3

3

作者 孙全梅 陈龙 +3 位作者 陈佩佩 韩东 冯喜增 赵克森 《电子显微学报》 CAS CSCD 2008年第4期311-315,共5页

应用MI公司最新发展的磁驱动轻敲模式(MAC mode)对体外培养成纤维细胞系3T3细胞进行在位成像研究。分别用力常数为0.95 N/m及0.03 N/m的微悬臂进行磁驱动轻敲模式成像,并与接触模式进行比较。同时研究了固定细胞与活体细胞之间的形貌差... 应用MI公司最新发展的磁驱动轻敲模式(MAC mode)对体外培养成纤维细胞系3T3细胞进行在位成像研究。分别用力常数为0.95 N/m及0.03 N/m的微悬臂进行磁驱动轻敲模式成像,并与接触模式进行比较。同时研究了固定细胞与活体细胞之间的形貌差异。结果显示,利用上述两种微悬臂探针,磁驱动轻敲模式均可获得高分辨像。与接触模式相比,磁驱动轻敲模式对活细胞的影响较小,在细胞膜表面微结构及细胞内亚结构成像方面,有明显优势。而接触模式由于其施力方式,使活细胞应力纤维应激性绷紧,更适合于对活体细胞应力纤维的成像研究。固定细胞与活细胞表面形貌存在较大差异,在生理环境下,进行活细胞检测更能了解细胞的真实状况。 展开更多

关键词 原子力显微镜 磁驱动轻敲模式 接触模式 细胞 成像

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轻敲模式下原子力显微镜的能量耗散机理研究 被引量：1

4

作者 樊康旗 贾建援 朱应敏 《西安电子科技大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2007年第6期947-952,共6页

为研究原子力显微镜(AFM)在轻敲工作模式下的能量耗散机理,基于Hamaker假设和Lennard-Jones势能定律得到了原子与球体间的作用力.通过将球体与平面原子间的作用力等效为球体与平面间的粘着分布力,并结合经典弹性理论建立了一种新型的球... 为研究原子力显微镜(AFM)在轻敲工作模式下的能量耗散机理,基于Hamaker假设和Lennard-Jones势能定律得到了原子与球体间的作用力.通过将球体与平面原子间的作用力等效为球体与平面间的粘着分布力,并结合经典弹性理论建立了一种新型的球体与平面粘着接触的弹性模型,根据所建模型得到了AFM针尖与样品表面间的粘着力随其间距的变化规律.仿真结果表明,粘着力随间距的变化曲线在AFM针尖趋近和撤离样品表面,即加载和卸载的两个过程中并不完全相同,产生了粘着滞后现象,而粘着滞后现象的出现表明AFM在轻敲工作模式中将耗散能量,因而,所建模型从理论上证实了AFM在轻敲工作模式下存在能量耗散现象. 展开更多

关键词 原子力显微镜 粘着模型 轻敲模式 能量耗散

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基于DDS的轻敲式原子力显微镜探针驱动方法研究 被引量：3

5

作者 黄强先 王祥 《工具技术》 2010年第5期103-106,共4页

以DDS芯片AD9833为核心,以NI6229数据采集卡的数字I/O口模拟SPI总线控制AD9833,实现了1Hz到10MHz频率范围内连续正弦信号输出,分辨率达到10-5,最小步进1Hz。数据采集卡与DDS芯片AD9833的结合为轻敲式原子力显微镜探针的驱动提供了稳定... 以DDS芯片AD9833为核心,以NI6229数据采集卡的数字I/O口模拟SPI总线控制AD9833,实现了1Hz到10MHz频率范围内连续正弦信号输出,分辨率达到10-5,最小步进1Hz。数据采集卡与DDS芯片AD9833的结合为轻敲式原子力显微镜探针的驱动提供了稳定精确的正弦信号源。实验证明,此设计硬件电路结构简单,软件控制灵活,输出信号频率稳定,精确。 展开更多

关键词 AD9833 直接数字频率合成(DDS) 正弦信号 轻敲式原子力显微镜

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原子力显微镜相位成像模式的设计及研究 被引量：12

6

作者 李渊 钱建强 +3 位作者 徐平 李亭 蔡微 姚骏恩 《电子显微学报》 CAS CSCD 2006年第4期341-344,共4页

相位成像模式是近几年发展起来的一种原子力显微镜的检测模式,该模式可以提供丰富的样品表面纳米尺度信息,是形貌像的有利补充。本文给出了一种应用于原子力显微镜轻敲模式的相位检测电路,结构简单,工作可靠稳定。通过实验获得了一些样... 相位成像模式是近几年发展起来的一种原子力显微镜的检测模式,该模式可以提供丰富的样品表面纳米尺度信息,是形貌像的有利补充。本文给出了一种应用于原子力显微镜轻敲模式的相位检测电路,结构简单,工作可靠稳定。通过实验获得了一些样品的相位像。 展开更多

关键词 原子力显微镜 轻敲模式 相位成像

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压膜阻尼对原子力显微镜振动特性的影响研究 被引量：4

7

作者 柳世华 魏征 +1 位作者 孙岩 刘运鸿 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2020年第11期177-183,共7页

原子力显微镜(Atomic Force Microscope,AFM)在轻敲模式下工作时,随着探针针尖与样品距离的逐渐减小,空气压膜阻尼的作用随之增大。为研究压膜阻尼对原子力显微镜振动系统的影响,分别使用无针尖探针和微球针尖探针进行扫频实验,并基于... 原子力显微镜(Atomic Force Microscope,AFM)在轻敲模式下工作时,随着探针针尖与样品距离的逐渐减小,空气压膜阻尼的作用随之增大。为研究压膜阻尼对原子力显微镜振动系统的影响,分别使用无针尖探针和微球针尖探针进行扫频实验,并基于振动理论将该过程简化,得到了两种不同的振动模型的系统刚度。在考虑压膜阻尼作用影响后,将微球针尖振动系统模型进一步简化为一维振子模型,并对压膜阻尼的影响进行讨论。实验表明空气压膜阻尼模型对于探针样品在微尺度下的作用过程是准确合理的。该结果对原子力显微镜轻敲模式研究具有重要意义。 展开更多

关键词 轻敲模式原子力显微镜 振动刚度 压膜阻尼 一维振子

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压电探针应用于原子力显微镜液体成像的研究 被引量：6

8

作者 李艳宁 赵倩云 +5 位作者 王忠顺 房轩 宋丽薇 李树民 傅星 胡小唐 《西安交通大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2006年第3期341-343,372,共4页

研究了采用微悬臂梁上集成的ZnO压电薄膜作为微驱动的探针的直接激振方法，比较了间接激振和直接激振方法下探针在液体中的振动性能，以标准生理溶液中的海拉细胞为样品，对原子力显微镜在液体环境下轻敲模式的成像性能进行了实验研究... 研究了采用微悬臂梁上集成的ZnO压电薄膜作为微驱动的探针的直接激振方法，比较了间接激振和直接激振方法下探针在液体中的振动性能，以标准生理溶液中的海拉细胞为样品，对原子力显微镜在液体环境下轻敲模式的成像性能进行了实验研究．研究表明，采用压电探针的直接激振方法在探针振动的幅频曲线中仅有单一谐振峰，可以避免在压电陶瓷管激振方法下由液体振动造成的寄生谐振峰，因此使用压电探针不仅提高了探针振动频率的控制精度，而且减小了针尖对样品的损坏，还提高了仪器的带宽和成像速度．对于512×512点阵和60μm×60μm范围的图像，使用该方法可将采集速度由原来的2～3min／帧提高到15-20s／帧，并且扫描速度的提高对原子力显微镜在动态过程中的研究有着重要的参考价值． 展开更多

关键词 原子力显微镜 压电探针 微悬臂梁 轻敲模式

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原子力显微镜仿真平台的设计与实现 被引量：5

9

作者 张玉东 高金晟 +1 位作者 周娴玮 方勇纯 《系统仿真学报》 CAS CSCD 北大核心 2009年第6期1548-1552,共5页

原子力显微镜作为迄今为止应用最成功的微系统之一,在整个微纳米领域中起着举足轻重的作用。原子力显微镜的仿真为其研究提供了第一手的思路,数据与资料,是该领域中极为重要的一个研究方向。分析了原子力显微镜的工作机理和其中的复杂... 原子力显微镜作为迄今为止应用最成功的微系统之一,在整个微纳米领域中起着举足轻重的作用。原子力显微镜的仿真为其研究提供了第一手的思路,数据与资料,是该领域中极为重要的一个研究方向。分析了原子力显微镜的工作机理和其中的复杂非线性因素,在此基础上,设计并采用Matlab/Simulink工具实现了一个包含接触和轻敲两种模式的原子力显微镜仿真系统,然后通过对样品的扫描结果验证了该仿真平台的有效性。 展开更多

关键词 原子力显微镜 仿真平台 接触式 轻敲式 调幅

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原子力显微镜微悬臂梁品质因数的数字调控技术的研究 被引量：1

10

作者 房轩 李艳宁 +1 位作者 胡晓东 胡小唐 《中国机械工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2007年第13期1581-1583,1614,共4页

为了提高轻敲模式原子力显微镜的微悬臂梁的低品质因数,在分析品质因数调控技术原理的基础上,设计了基于DSP的品质因数数字调控系统。该系统结构简单,操作方便,智能性和实时性好,能够比较精确地调控微悬臂梁振动的品质因数。通过对比液... 为了提高轻敲模式原子力显微镜的微悬臂梁的低品质因数,在分析品质因数调控技术原理的基础上,设计了基于DSP的品质因数数字调控系统。该系统结构简单,操作方便,智能性和实时性好,能够比较精确地调控微悬臂梁振动的品质因数。通过对比液体中微悬臂梁振动的频谱以及蛋白质分子的成像实验证明,该数字调控电路能够提高微悬臂梁的力灵敏度,非常适合用于对软样品的检测。 展开更多

关键词 原子力显微镜 微悬臂梁 品质因数 轻敲模式

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原子力显微镜探针选择及常见故障解决方法 被引量：2

11

作者 陈科球 谢伟广 《实验室研究与探索》 CAS 北大核心 2014年第7期19-22,52,共5页

基于针尖和样品之间的各种相互作用力,原子力显微镜(AFM)可用于样品表面形貌、摩擦力等各种物理特性的研究,它是纳米科技研究中一个重要工具。影响AFM测量图像质量的因素很多,如振幅参数、积分增益I、比例增益P、衰减增益和扫描速度等,... 基于针尖和样品之间的各种相互作用力,原子力显微镜(AFM)可用于样品表面形貌、摩擦力等各种物理特性的研究,它是纳米科技研究中一个重要工具。影响AFM测量图像质量的因素很多,如振幅参数、积分增益I、比例增益P、衰减增益和扫描速度等,而探针同样是提高样品表面形貌像成像质量的关键。通过采用控制变量法,并以均方根粗糙度Rq作为评判标准,用不同参数的探针测量同一样品。实验结果表明,探针的共振频率f、弹性系数k、曲率半径Rh等对测量样品粗糙度均有较大影响,可选择合适的探针,提高成像质量。同时,针对仪器使用中出现的一些常见现象及故障,作出了解释和解答。 展开更多

关键词 原子力显微镜 轻敲模式 共振频率 弹性系数

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AFM-III型原子力显微镜在实验教学中的使用 被引量：5

12

作者 李帮军 《实验技术与管理》 CAS 2005年第4期34-38,共5页

扫描隧道显微镜(MicroNano AFM-Ⅲ型原子力显微镜),简称原子力显微镜,它集STM、AFM接触/非接触/侧向力/轻敲模式于一体,使人们能够通过实验论证,清晰地观察到物质表面的原子排列状态.在实验教学中,让学生通过实际操作,观察和验证量子力... 扫描隧道显微镜(MicroNano AFM-Ⅲ型原子力显微镜),简称原子力显微镜,它集STM、AFM接触/非接触/侧向力/轻敲模式于一体,使人们能够通过实验论证,清晰地观察到物质表面的原子排列状态.在实验教学中,让学生通过实际操作,观察和验证量子力学中的隧道效应,真正深入到原子世界,了解原子结构排列的真实图像,对培养学生科研兴趣和创造性思维,使学生对纳米尺度的进一步了解和深入研究具有极其重要的作用. 展开更多

关键词 原子力显微镜 实验教学 Ⅲ型 扫描隧道显微镜 创造性思维 轻敲模式 原子排列 物质表面 实际操作 隧道效应 量子力学 原子结构 纳米尺度 STM 侧向力 AFM 学生

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原子力显微镜引力域成像的驱动频率优化研究 被引量：1

13

作者 王伟 华宝成 +1 位作者 李英姿 钱建强 《电子显微学报》 CAS CSCD 2012年第6期517-522,共6页

探针的驱动频率是决定轻敲模式原子力显微镜工作域的重要因素之一。高于共振频率的驱动频率可明显促进探针工作在引力域。本文研究了驱动频率对探针在两个工作区域即引力域和斥力域之间进行转换的重要影响。采用数值仿真的方法针对不同... 探针的驱动频率是决定轻敲模式原子力显微镜工作域的重要因素之一。高于共振频率的驱动频率可明显促进探针工作在引力域。本文研究了驱动频率对探针在两个工作区域即引力域和斥力域之间进行转换的重要影响。采用数值仿真的方法针对不同的驱动频率研究了振幅距离曲线和行扫描曲线。结果证明不同的驱动频率对探针工作在引力域的促进作用不同,当选择高于共振频率且探针振幅下降到自由状态下共振振幅的30%时所对应的驱动频率附近,此时的驱动频率对引力域成像促进效果最好。 展开更多

关键词 原子力显微镜 轻敲模式 引力域 驱动频率

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实验大白兔腹主动脉内壁在位原子力显微镜成像及纳米力学研究

14

作者 李静 孙全梅 +3 位作者 陈佩佩 陈龙 廖福龙 韩东 《医用生物力学》 EI CAS CSCD 2009年第S1期119-119,共1页

关键词 原子力显微镜 腹主动脉 成像 力学研究 病理生理机制 轻敲模式 管内壁 磁驱动 纳米尺度 高分辨

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基于超平表面的原子力显微镜探针磨损研究 被引量：2

15

作者 柯丁宁 况婷 +2 位作者 宋琳琳 黄梦诗 高尚 《分析测试学报》 CAS CSCD 北大核心 2019年第7期870-873,共4页

探针磨损是影响原子力显微镜图像质量的关键因素之一。为了研究原子力显微镜(AFM)探针针尖磨损问题,选取超平表面(Rq<0.5nm)作为测试样品,采用材料表面的粗糙度(Rq)评估探针针尖磨损效率。在较低的探针悬臂目标振幅比例(10%),较低反... 探针磨损是影响原子力显微镜图像质量的关键因素之一。为了研究原子力显微镜(AFM)探针针尖磨损问题,选取超平表面(Rq<0.5nm)作为测试样品,采用材料表面的粗糙度(Rq)评估探针针尖磨损效率。在较低的探针悬臂目标振幅比例(10%),较低反馈回路设定值比例(10%),较低扫描速度(1.0Hz)以及适中I-gain(1.7)的测试条件下,探针的磨损最小,可以有效地延长探针的使用寿命。最后利用扫描电镜对比了不同测试条件下探针针尖的形貌,推测了探针针尖在连续测试中磨损与断裂的机理。 展开更多

关键词 原子力显微镜 针尖磨损 粗糙度 轻敲模式

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活体细胞骨架的原子力显微成像 被引量：4

16

作者 林丹樱 王秀凤 +2 位作者 韩东 马万云 陈瓞延 《电子显微学报》 CAS CSCD 北大核心 2004年第2期125-128,共4页

为研究原子力显微术在生物医学中的应用,实现对活体细胞骨架纳米尺度的实时观察,采用轻敲模式和接触模式对体外培养的大鼠脑微血管内皮细胞进行成像。结果显示不同模式在分辨细胞超微结构及质膜下细胞骨架纤维束等方面各有特点,可从不... 为研究原子力显微术在生物医学中的应用,实现对活体细胞骨架纳米尺度的实时观察,采用轻敲模式和接触模式对体外培养的大鼠脑微血管内皮细胞进行成像。结果显示不同模式在分辨细胞超微结构及质膜下细胞骨架纤维束等方面各有特点,可从不同角度获取细胞骨架的信息。 展开更多

关键词 原子力显微成像 大鼠 脑微血管内皮细胞 细胞骨架 轻敲模式 接触模式

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AFM轻敲模式下扫描参数对成像质量影响的研究 被引量：1

17

作者 陈建超 安小广 +1 位作者 冯世绪 王加春 《计量学报》 CSCD 北大核心 2020年第7期789-795,共7页

针对原子力显微镜(AFM)扫描参数对成像质量的影响规律,对现有的扫描参数影响成像质量的研究进行了分析。提出了以幅值误差作为评价AFM成像质量的指标,通过实验研究了扫描参数对AFM成像质量的耦合影响。发现了扫描频率f s、积分增益I和... 针对原子力显微镜(AFM)扫描参数对成像质量的影响规律,对现有的扫描参数影响成像质量的研究进行了分析。提出了以幅值误差作为评价AFM成像质量的指标,通过实验研究了扫描参数对AFM成像质量的耦合影响。发现了扫描频率f s、积分增益I和幅值设定点S这3个扫描参数间相互影响的现象,在S低较低情况下可设置更大的f s和I,在获取高质量成像的同时,提升了测量效率,对扫描参数的合理设置提供了可靠的操作准则。 展开更多

关键词 计量学 原子力显微镜 扫描参数 成像质量 轻敲模式 幅值误差

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基于轻敲模式AFM的纳米振动表征方法

18

作者 徐临燕 栗大超 +4 位作者 刘瑞鹏 邱晗 傅星 胡小唐 张文栋 《压电与声光》 CSCD 北大核心 2010年第4期677-681,共5页

针对纳米振动测量方法中存在的间接性、低分辨率、低带宽等局限性,建立了原子力显微镜(AFM)的轻敲模式下探针与振动样品间相互作用的振动系统模型,采用Runge-Kutta数值积分方法分析了AFM测振技术的可行性和工作带宽。使用静电激励的双... 针对纳米振动测量方法中存在的间接性、低分辨率、低带宽等局限性,建立了原子力显微镜(AFM)的轻敲模式下探针与振动样品间相互作用的振动系统模型,采用Runge-Kutta数值积分方法分析了AFM测振技术的可行性和工作带宽。使用静电激励的双端固支纳米梁作为测试结构,采用AFM轻敲模式测试了样品的幅频响应特性。同时采用显微激光多普勒测振系统进行了比对测试,测量结果与AFM轻敲力曲线模式的测量结果相符,也表现出AFM轻敲模式的测量误差具有与测试样品相关的频率特性。 展开更多

关键词 纳机电系统 纳米梁谐振器 离面振动 原子力显微镜(AFM) 轻敲模式

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恒撞击力轻敲模式AFM的设计及研究 被引量：1

19

作者 马俊锋 杨甬英 +1 位作者 陈伟 卓永模 《光电工程》 CAS CSCD 北大核心 2004年第1期40-42,58,共4页

在轻敲模式AFM中,利用DMT模型与光探针点衍射理论结合来检测微探针的振动,并对振动信号进行频率域分析,通过检测和控制信号中高次谐波分量使针尖-样品间撞击力保持恒定.测试实验表明,该系统具有结构简单、可测不同材料的样品和对软质材... 在轻敲模式AFM中,利用DMT模型与光探针点衍射理论结合来检测微探针的振动,并对振动信号进行频率域分析,通过检测和控制信号中高次谐波分量使针尖-样品间撞击力保持恒定.测试实验表明,该系统具有结构简单、可测不同材料的样品和对软质材料样品损伤小的优点,其测量重复性可达1%,分辩力可达1～5nm. 展开更多

关键词 原子力显微镜 轻敲模式 振动测量 光探针 AFM 设计 恒撞击力

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AFM-TM微悬臂梁系统混沌运动及控制算法分析

20

作者 宋佩颉 褚衍东 +1 位作者 张航 俞睿 《计量学报》 CSCD 北大核心 2024年第3期356-363,共8页

针对轻敲式原子力显微镜微(AFM-TM)悬臂梁系统的混沌运动会严重影响到AFM-TM的测量精度的问题,对该系统动力学特性及控制算法进行了分析。首先,通过数值仿真,综合利用Lyapunov指数、分岔图、Poincaré截面和相位图分析了外部激励幅... 针对轻敲式原子力显微镜微(AFM-TM)悬臂梁系统的混沌运动会严重影响到AFM-TM的测量精度的问题,对该系统动力学特性及控制算法进行了分析。首先,通过数值仿真,综合利用Lyapunov指数、分岔图、Poincaré截面和相位图分析了外部激励幅值变化时AFM-TM微悬臂梁系统运动特性的演化;然后,提出将延时反馈控制和模糊自适应延时反馈,用于控制系统的混沌运动;最后,对两种控制算法进行了比较。研究结果表明,当无量纲外部激励幅值在[0.65,0.85]等取值区间内取值时,系统表现出明显的混沌运动特性;延时反馈控制和模糊自适应延时反馈控制均能有效的将系统的混沌运动拉回到周期轨道,但模糊自适应延时反馈更适用于AFM-TM被测样品变化的复杂情况。结果对AFM-TM微悬臂梁外部激励参数选择、非线性系统复杂动力学特性分析和混沌运动控制提供有意义的理论参考。 展开更多

关键词 几何量计量 轻敲式原子力显微镜 微悬臂梁 混沌运动 延时反馈控制 模糊控制

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