[发明专利]原子力显微镜中磁驱探针动态性能的标定方法

权利要求书

1.一种原子力显微镜中磁驱探针动态性能的标定方法，其特征在于包括，

在空气中，通过压电陶瓷恒电压振幅驱动探针进行扫频振动，获得探针在空气中的幅频特性曲线，由所述空气中的幅频特性曲线得到探针的共振频率和品质因子；

选定参考频率；结合探针在自由状态下的动力学方程和简谐振动的位移方程，得到磁驱动线圈在扫频频率范围内任一频率与选定频率磁场等效驱动力的比值，从而获得磁驱动线圈对应于所述任一频率与选定频率的磁场强度比值与驱动频率的关系曲线；

根据所述磁场强度比值与驱动频率的关系曲线，修正目标探针在液体中进行恒电压振幅磁驱动扫频振动获得的幅频特性曲线，使在扫频范围内的不同频率点探针获得相同的等效驱动力，从而得到修正后液体中幅频特性曲线，实现目标探针的动态性能标定；

所述参考频率小于所述目标探针的共振频率；

所述探针在自由状态下的动力学方程为：

式中F为探针受到磁驱动线圈磁场作用的等效驱动力，m为探针悬臂等效到针尖处的质量，z为探针针尖的位移，ω₀为探针的一阶共振频率，Q₀为探针一阶模态的品质因子，k为探针的等效刚度；

其中

所述简谐振动的位移方程为：

z＝Acos(ωt-φ)，

式中A为探针振动的振幅，ω为探针的驱动频率，t为时间，φ为探针振动的相位；

所述选定频率小于目标探针扫频范围的下限频率；

磁驱动线圈在扫频频率范围内任一频率与选定频率的比值r_F的获得方法包括：

式中F_i为在所述任一频率ω_i下获得的磁驱动线圈的等效驱动力，F_s为在所述选定频率ω_s下获得的磁驱动线圈的等效驱动力，A_i为在所述任一频率ω_i下探针振动的振幅，A_s为在所述选定频率ω_s下探针振动的振幅，为任一频率ω_i与一阶共振频率ω₀的频率比，为选定频率ω_s与一阶共振频率ω₀的频率比。

2.根据权利要求1所述的原子力显微镜中磁驱探针动态性能的标定方法，其特征在于，

所述的表达式为：

所述的表达式为：

3.根据权利要求2所述的原子力显微镜中磁驱探针动态性能的标定方法，其特征在于，

所述磁场强度比值r_B的获得方法包括：

式中B_i为对应于任一频率ω_i时磁驱动线圈的磁场强度，B_s为对应于选定频率ω_s时磁驱动线圈的磁场强度，l为磁颗粒距探针悬臂根部的等效长度，M为探针上磁性物质的等效磁矩，θ为等效磁矩M和磁场方向的夹角，其中B_i和B_s方向一致。

4.根据权利要求3所述的原子力显微镜中磁驱探针动态性能的标定方法，其特征在于，

所述参考频率包括100Hz。

5.根据权利要求4所述的原子力显微镜中磁驱探针动态性能的标定方法，其特征在于，所述扫频范围内包含目标探针的共振频率。