[发明专利]一种用于透明基底薄膜表界面力学特性测量的实验装置

权利要求书

1.一种用于透明基底薄膜表界面力学特性测量的实验装置，包括中空式微位移单元(1)，设置在所述中空式微位移单元(1)上的用于加载被测薄膜(6)的水平加载单元(2)，位于所述水平加载单元(2)上方用于对被测薄膜(6)进行力曲线测试的微悬臂梁测试单元(3)，以及位于所述中空式微位移单元(1)的下方用于采集被测薄膜(6)的图像数据的显微干涉测试单元(5)，其特征在于，还设置有信号处理单元(4)，所述信号处理单元(4)分别与所述的微悬臂梁测试单元(3)、水平加载单元(2)、中空式微位移单元(1)和显微干涉测试单元(5)的信号输入输出端相连，分别用于对微悬臂梁测试单元(3)的弹性系数进行标定和采集存储微悬臂梁测试单元(3)的测试数据，控制水平加载单元(2)对被测薄膜(6)施加载荷，控制中空式微位移单元(1)的移动使显微干涉测试单元(5)能够在光学图像中选择合适的脱粘区域，并采集显微干涉测试单元(5)获取的数据。

2.根据权利要求1所述的一种用于透明基底薄膜表界面力学特性测量的实验装置，其特征在于，所述的微悬臂梁测试单元(3)与显微干涉测试单元(5)为同轴设置。

3.根据权利要求1所述的一种用于透明基底薄膜表界面力学特性测量的实验装置，其特征在于，所述的信号处理单元(4)是由计算机控制部分(41)和下位机控制部分(42)构成，其中所述的计算机控制部分(41)包括有计算机(411)，所述的计算机(411)通过以太网连接所述显微干涉测试单元(5)，通过RS232接口连接用于标定微悬臂梁测试单元(3)弹性系数的超精密电磁补偿天平(412)，所述的计算机(411)分别通过USB接口连接用于测量照射在所述微悬臂梁测试单元(3)上的光斑的CCD图像传感器(413)、用于观测所述微悬臂梁测试单元(3)中微悬臂梁探针移动的摄像头(414)、用于控制水平加载单元(2)对被测薄膜(6)施加载荷的高精度电位移控制器(415)的一侧，以及用于控制中空式微位移单元(1)的水平移动的中空式微位移单元控制器(416)的一侧，所述高精度电位移控制器(415)的另一侧连接水平加载单元(2)，所述中空式微位移单元控制器(416)的另一侧连接中空式微位移单元(1)；所述的下位机控制部分(42)包括有FPGA控制芯片(421)，所述FPGA控制芯片(421)通过USB接口连接计算机控制部分(41)中的计算机(411)，所述FPGA控制芯片(421)的驱动输出端通过步进电机控制器(422)连接水平加载单元(2)，所述FPGA控制芯片(421)的信号输入端连接用于检测被测薄膜(6)水平度的水平仪(425)，所述FPGA控制芯片(421)的信号输入端还分别通过第一A/D转换模块(426)和第二A/D转换模块(427)连接用于采集微悬臂梁测试单元(3)的悬臂梁弯曲度的信号前处理单元(428)，所述FPGA控制芯片(421)的信号输出端通过第三A/D转换模块(429)依次连接高压放大器(4210)和Z向压电陶瓷微位移器(4211)，所述Z向压电陶瓷微位移器(4211)分别设置在所述被测薄膜(6)的底部和微悬臂梁测试单元(3)的上方，用于驱动被测薄膜(6)和微悬臂梁测试单元(3)的上下移动。

4.根据权利要求3所述的一种用于透明基底薄膜表界面力学特性测量的实验装置，其特征在于，所述FPGA控制芯片(421)的信号输入端还分别连接用于检测环境温度的温度传感器(423)和用于检测环境湿度的湿度传感器(424)。

5.根据权利要求3所述的一种用于透明基底薄膜表界面力学特性测量的实验装置，其特征在于，所述的信号前处理单元(428)包括有：用于采集所述微悬臂梁测试单元(3)的弯曲度信号的四象限光电探测器(4281)，连接成所述四象限光电探测器(4281)的输出端用于对所采集的弯曲度信号进行转换放大的I/V转换放大器(4282)，以及分别连接在所述I/V转换放大器(4282)的输出端用于对转换放大后的输出信号分别进行处理的第一减法器(4283)和第二减法器(4284)，所述第一减法器(4283)的输出端连接所述第一A/D转换模块(426)的输入端，所述第二减法器(4284)的输出端连接所述第二A/D转换模块(427)。