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基于隧道效应的纳米级传感系统的研究

作　者: 夏一
导　师: 胡小唐；傅星
学　校: 天津大学
专　业: 测试计量技术及仪器
关键词: 纳米级传感隧道效应压电陶瓷柔性铰链微位移机构 PID控制
分类号: TP212
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 31次
引　用: 1次
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内容摘要

随着纳米技术时代的到来,测量已经进入了纳米、埃米量级。扫描隧道显微镜(STM)是纳米研究中最有力的工具之一。STM的测量原理是隧道效应,隧道电流与隧道间隙之间呈指数关系。隧道间隙只有几个纳米,微小的改变也会引起隧道电流极大的变化。因此基于此原理可以开发出具有极高灵敏度的传感器。本论文即是基于隧道效应的纳米级传感系统的研究。本论文的主要研究内容包括:1.全面了解了纳米级传感技术的发展情况,对基于隧道效应的纳米级传感系统进行了整体设计。针对系统中的微位移机构以及反馈控制部分进行了深入的研究和设计。2.对压电陶瓷的特性进行了理论分析,实验测试了WTYD系列压电陶瓷的固有特性。3.对柔性铰链结构进行了力学分析。比较了各种柔性铰链结构优缺点,设计了适合于本系统的柔性铰链结构。4.完成了微位移机构及探针夹持器的整体组装,实验测试了微位移机构的特性以及性能。5.对PID反馈控制进行了研究,设计了适合于本系统的反馈控制电路。6.对基于隧道效应的纳米级传感系统进行了实验测试,完全可以在隧道状态下稳定工作,达到纳米级精度。7.分析了实验系统中的误差来源,提出后续需要改进和解决的地方,为基于隧道效应的纳米级传感技术打下了基础。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-7
第一章绪论  7-17
  1.1 纳米技术研究内容  7
  1.2 扫描隧道显微镜及其原理  7-10
  1.3 纳米级传感技术  10-15
  1.4 本课题研究的内容和意义  15-17
第二章纳米级传感系统整体设计  17-31
  2.1 微检测装置  17-21
  2.2 微位移机构的设计  21-26
  2.3 反馈控制电路的设计  26-31
第三章微位移机构的设计和安装  31-55
  3.1 柔性铰链结构的对比与选择  31-34
  3.2 六连杆柔性铰链结构的分析  34-45
  3.3 柔性铰链结构几何参数的优化设计  45-49
  3.4 六连杆柔性铰链结构的材料选择  49-51
  3.5 微位移机构及探针夹持器的设计安装  51-55
第四章实验及数据处理  55-72
  4.1 压电陶瓷及微位移机构标定试验  55-68
  4.2 纳米级传感系统的搭建与调试  68-72
第五章总结与展望  72-74
参考文献  74-77
发表论文和参加科研情况说明  77-78
致谢  78

基于隧道效应的纳米级传感系统的研究

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