基于DSP的X-Y高速掃描及圖像構(gòu)建技術(shù)的研究.pdf

1、化學(xué)、物理、生命科學(xué)、材料科學(xué)等的飛速發(fā)展對(duì)其研究工具的性能要求也越來(lái)越高。以STM(Scanning Tunnelling Microscope)和AFM(Atomic ForceMicroscope)為代表的SPM(Scanning Probe Microscope)等是這些領(lǐng)域在原子量級(jí)研究的主要工具，因此提高這些工具的性能能夠更好的促進(jìn)相關(guān)領(lǐng)域科學(xué)的進(jìn)步和技術(shù)革新。傳統(tǒng)的STM、AFM等都是利用在單個(gè)掃描周期內(nèi)電壓與時(shí)間成正比的

2、鋸齒波信號(hào)作為壓電陶瓷掃描管的快軸驅(qū)動(dòng)電壓。如果將正弦驅(qū)動(dòng)電壓作為快速掃描驅(qū)動(dòng)信號(hào)可以很好地改善壓電掃描管在驅(qū)動(dòng)電壓下達(dá)到最大位移時(shí)運(yùn)動(dòng)方向發(fā)生改變而造成的機(jī)械滯后，從而提高AFM的掃描成像速度。這種通過(guò)改變驅(qū)動(dòng)信號(hào)而實(shí)現(xiàn)在時(shí)間上改善掃描速度的方法為研究高速掃描提供了一個(gè)新的途徑，啟發(fā)我們尋找最優(yōu)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)。在對(duì)四分電極式壓電陶瓷掃描管的特性分析后，利用一個(gè)可控的集成鋸齒波和正弦驅(qū)動(dòng)信號(hào)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)掃描管，最終對(duì)兩種驅(qū)動(dòng)信號(hào)的結(jié)果進(jìn)行

3、比對(duì)證明理論的正確性。論文同時(shí)研究了在正弦信號(hào)驅(qū)動(dòng)下相應(yīng)的三維圖象構(gòu)建技術(shù)。 本文提出的這種實(shí)現(xiàn)高速掃描方案，是利用正弦信號(hào)作為SPM在快速掃描方向的驅(qū)動(dòng)信號(hào)。根據(jù)理論分析，當(dāng)壓電陶瓷管在正弦驅(qū)動(dòng)信號(hào)下到達(dá)最大偏移位置時(shí)，其運(yùn)動(dòng)速度為零隨后將改變運(yùn)動(dòng)速度方向并使得壓電陶瓷管反向運(yùn)動(dòng)。文章將給出一套適合于SPM的基于TMS320VC5402的DSP的X-Y高速掃描驅(qū)動(dòng)信號(hào)發(fā)生器的設(shè)計(jì)方案并通過(guò)對(duì)比實(shí)驗(yàn)結(jié)果說(shuō)明該改進(jìn)方法的合理性。

4、 本文主要內(nèi)容包括： 1．通過(guò)研究國(guó)內(nèi)外的在快速掃描方面的成果，總結(jié)了影響AFM成像速度的各種因素及其解決方法，并提出了本文的觀點(diǎn)； 2．為了設(shè)計(jì)適合于本系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，本文研究了正弦信號(hào)發(fā)生的主要技術(shù)和理論； 3．采用DSP控制的方法設(shè)計(jì)了SPM壓電掃描管驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，包括：快軸掃描信號(hào)發(fā)生電路(正弦波和鋸齒波發(fā)生電路)、慢軸掃描信號(hào)發(fā)生電路； 4．根據(jù)驅(qū)動(dòng)信號(hào)的特征設(shè)計(jì)了系統(tǒng)輔助部分，包括：X、Y向