[发明专利]基于压电扫描管阶跃响应曲线的原子力显微镜动态成像方法

摘要

一种基于压电扫描管阶跃响应曲线的原子力显微镜动态成像方法。针对原子力显微镜快速扫描时，因忽略压电扫描管的动态特性而使所得图像发生畸变的问题。本发明首先通过实验方法测得压电扫描管的阶跃响应曲线，该曲线包含了压电扫描管的动态特性信息，然后将该阶跃响应曲线与控制输入电压作卷积，获得压电扫描管的暂态位移量，最后将压电扫描管的暂态位移量与控制误差相结合，计算得到样品表面的形貌图像。与现有方法相比，该发明简单实用，且避免了传统方法辨识压电扫描管的模型所带来的巨大工作量和辨识得到的模型会损失压电扫描管部分高频特性信息的不足。实验结果表明，该发明可以很好地克服快速扫描时的成像畸变。

主权项

1.一种基于压电扫描管阶跃响应曲线的原子力显微镜动态成像方法，其特征在于该方法具体步骤如下：第1、首先获得压电扫描管的动态特性信息第1.1、增益系数的标定：在开环控制下，利用标定光栅对压电扫描管的前置高压放大器增益系数，和激光检测系统增益系数进行标定；第1.2、压电扫描管阶跃响应曲线的测量：在开环控制下，通过RTLinux控制平台在压电扫描管上施加单位阶跃信号，同时记录激光检测系统的输出信号，处理得到压电扫描管的阶跃响应曲线，并对该曲线进行采样，记为，其中为采样间隔，，为总的采样点数；第2、利用上步已获得的压电扫描管动态特性信息，对不同的样品进行成像第2.1、采集成像所需数据：调节控制器参数，使扫描探针对样品表面的跟踪效果达到最优，记录下控制电压输入信号和控制误差信号；第2.2、动态成像：将第2.1步采集的数据，和第1.2步得到的压电扫描管阶跃响应曲线采样序列、以及增益系数、代入成像公式(7)：(7)其中为第n个采样点时的样品形貌高度值，为第个采样点时的控制电压输入，为第个采样点时的控制误差，为第个采样点时的压电扫描管阶跃响应值，初始状态设置为。