【摘 要】
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扫描探针显微镜（SPM）是现代纳米尺度研究的重要工具,由于其具有多功能、灵活、可操作的非标准测量方式而受到广泛欢迎,也因此被认为是现代纳米材料和纳米技术研究的基础性分析设备。SPM发展到现在,种类繁多,常见的有STM,AFM,MFM等,每一种都在日新月异的发展中出现了不同的结构、功能、控制方式等等,所以一套更加灵活的、多功能且可以编程的控制系统是保证SPM正常运行的关键。本文根据模块化原则设计了一
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扫描探针显微镜（SPM）是现代纳米尺度研究的重要工具,由于其具有多功能、灵活、可操作的非标准测量方式而受到广泛欢迎,也因此被认为是现代纳米材料和纳米技术研究的基础性分析设备。SPM发展到现在,种类繁多,常见的有STM,AFM,MFM等,每一种都在日新月异的发展中出现了不同的结构、功能、控制方式等等,所以一套更加灵活的、多功能且可以编程的控制系统是保证SPM正常运行的关键。本文根据模块化原则设计了一套控制系统和控制软件,自顶而下地对AFM和STM的控制系统进行设计研究,可以实现马达粗逼近、AFM扫描控制、STM扫描控制、扫描成像等功能。本论文主要分为五个部分:（1）自行设计和制作控制系统实验箱。为开发出一款扫描成像、数据存储和马达步进功能集为一体的控制系统,自行选择软件和硬件进行搭建,且要求成本低但功能全面。本文将控制系统分为上位机和下位机两部分,其中以下位机为主,由工控机、数据采集卡等硬件组成,且安装LABVIEW2012等相关软件。（2）自行设计和开发AFM扫描控制系统,通过实验室自制的三种马达:大推力马达、两分支马达以及压电惯性马达实现粗逼近功能,同时拥有AFM的幅度调制扫描、频率调制扫描和为增加控制系统兼容性的接触式扫描等扫描方式,且能够实现扫描成像和数据存储功能。（3）自行设计和开发STM扫描控制方式,可以实现恒高扫描、恒流扫描和螺旋扫描等经典扫描方式,同时也增加了实验室新创加减速扫描方式和自创回字扫描方式,这两种扫描方式不仅可以达到精确扫描的效果,而且可以将扫描结果进行误差校正,且能够实现数据存储和扫描成像功能。（4）自行设计和开发AFM扫描控制和STM扫描控制之间的转换模式。通过AFM扫描控制系统和STM扫描控制系统的特征,使得粗逼近功能和扫描成像模块成为两者的共用部分,从而实现两种控制系统的相互切换。（5）马达和控制系统测试。对实验室自制惯性马达进行测试,能够输出信号,实现粗逼近功能。同时对控制系统和控制软件用石墨样品进行测试,实现信号输出和扫描成像。
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