亞mK恒溫裝置關鍵技術研究.pdf

1、掃描隧道顯微鏡(STM)于20世紀80年代問世以來,先后出現(xiàn)了一系列測量分辨率可達原子量級的檢測技術和測量儀器,隨著納米科技的不斷發(fā)展,迫切需要在較大尺度范圍內(nèi),具有納米分辨率的測量儀器,分子測量機正是基于上述應用背景提出來的。
　　要保證納米精度的尺寸測量精度,溫度的影響已經(jīng)成為重要的影響因素之一,所以恒溫裝置是分子測量機實現(xiàn)大表面范圍內(nèi)高分辨率、高精度測量目標的重要核心部件之一,因此本文選擇對分子測量機恒溫裝置的關鍵技術進行研

2、究,具有重要的理論意義和實用價值。
　　本文以分子測量機為背景,通過研究分子測量機的總體結構,包括分子測量機的工作環(huán)境、核心機構的結構、真空系統(tǒng)的結構和隔振系統(tǒng)的結構,在此基礎上對分子測量機的恒溫裝置進行了設計。
　　基于傳熱學的相關理論對分子測量機恒溫裝置的傳熱過程進行了理論推導和分析;針對鉑電阻溫度傳感器在恒溫裝置中的測量不確定度進行了研究,設計出了符合亞mK測量精度的溫度測量電路,并針對鉑電阻溫度傳感器的自熱效應提出一

3、種基于脈沖電流法激勵的鉑電阻測溫方法,建立了一個修正鉑電阻測溫非線性誤差的曲線擬合算法,并利用該算法實現(xiàn)鉑電阻測溫非線性誤差補償;利用ANSYS軟件對恒溫裝置的溫度場進行了數(shù)值模擬,研究了恒溫裝置溫度場的均勻性,核心機構內(nèi)熱源、恒溫裝置材料發(fā)射率、溫度控制殼尺寸等對溫度場的影響;建立了恒溫裝置的控制模型、恒溫裝置執(zhí)行機構的非線性模型;研究了恒溫裝置的加熱特性;針對恒溫裝置各項技術指標的控制要求,將變論域自適應模糊PID控制算法應用到恒溫