CN101324785B - 用于扫描隧道显微镜的纯钨材质微纳探针制备控制系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于扫描隧道显微镜的纯钨材质微纳探针制备控制系统。处理器分别与伺服电机驱动器、增量旋转编码器、计算机、AD采集器、电解回路控制模块相连接，伺服电机分别与伺服电机驱动器、增量编码器、钨电极相连接，高速精密电流传感器与AD采集器相连接，电解回路分别与电解回路控制模块、高速精密电流传感器、钨电极相连接。本发明具有高度自动化，用户只需要预先设定好相关参数，剩余的自动完成，包括钨丝的定位，电流的控制，针尖形成点检测及断电等，生产效率、探针品质和探针的成功率都得到很好的保障。

Description

用于扫描隧道显微镜的纯钨材质微纳探针制备控制系统
技术领域
本发明涉及纳米科学领域，尤其涉及一种用于扫描隧道显微镜的纯钨材质微纳探针制备控制系统。
背景技术
扫描探针是微纳形貌超精密测量设备的关键部件，制备高性能的探针对提高测量和加工的精度有至关重要的意义。目前，探针的制备多采用电化学腐蚀方法，此方法在国内外存在以下三个缺点：1)钨丝浸没深度不精确，总体偏差大；2)最优电解电流的控制策略未能确定；3)针尖形成点的检测不够准确，回路电流切断不够及时。
传统的探针制备方法很大程度上依赖的是经验，而且全过程都需要人的参与，效率低。本发明的探针制备控制系统克服了上述缺点，具有自动化程度高、控制实时性好等优点，从针尖形成到断电的响应时间可达到10μs的水平。整个控制系统可控性好、简单、成本低。
发明内容
本发明的目的是为了解决钨丝浸没深度控制问题和针尖形成瞬间准确、及时断电的问题，避免了通过人工判断所导致的滞后，提供一种用于扫描隧道显微镜的纯钨材质微纳探针制备控制系统。
用于扫描隧道显微镜的纯钨材质微纳探针制备控制系统中的处理器分别与伺服电机驱动器、增量旋转编码器、计算机、AD采集器、电解回路控制模块相连接，伺服电机分别与伺服电机驱动器、增量编码器、钨电极相连接，高速精密电流传感器与AD采集器相连接，电解回路分别与电解回路控制模块、高速精密电流传感器、钨电极相连接。
所述的伺服电机驱动器其内部模块的连接关系为：信号分配器依次与功率放大器、伺服电机、钨电极相连接。电解电流控制模块、高速精密电流传感器内部模块的连接关系为，数控直流电源依次与电解电极、电子开关、高速精密电流传感器相连接，高速精密电流传感器与AD采集器相连接，数控直流电源与计算机相连接。
本发明与背景技术相比具有的有益效果是：1)高度自动化，用户仅需设定工作模式及参数，剩余的自动完成；2)探针针尖半径可稳定降低到50纳米。3)80％以上的成功率，有高度可靠性。
附图说明
图1是本发明的系统功能结构图。
图2是本发明伺服电机驱动原理结构图。
图3是本发明电解电流的控制及检测电路的原理图。
图4是本发明中针尖形成点检测算法软件流程图。
具体实施方式
如图1所示，用于扫描隧道显微镜的纯钨材质微纳探针制备控制系统中的处理器分别与伺服电机驱动器、增量旋转编码器、计算机、AD采集器、电解回路控制模块相连接，伺服电机分别与伺服电机驱动器、增量编码器、钨电极相连接，高速精密电流传感器与AD采集器相连接，电解回路分别与电解回路控制模块、高速精密电流传感器、钨电极相连接。
用户通过计算机设定系统的工作模式、控制参数等，处理器根据用户设定自动完成所有过程，同时电解回路的状态实时显示到计算机上，便于用户决策。
如图2所示，伺服电机驱动器其内部模块的连接关系为：信号分配器依次与功率放大器、伺服电机、钨电极相连接。控制器从计算机上得到浸没深度的值后将其换算成相应的脉冲数，伺服电机在向下进给的同时通过旋转编码器反馈钨电极的位置，直到钨电极的浸没深度恰好等于设定的深度为止。
如图3所示，电解电流控制模块、高速精密电流传感器内部模块的连接关系为，数控直流电源依次与电解电极、电子开关、高速精密电流传感器相连接，高速精密电流传感器与AD采集器相连接，数控直流电源与计算机相连接。脉宽调制信号由处理器产生，通过控制电子开关，实现对电解电流的PWM控制，采用不同频率、占空比的PWM信号控制电解，所得到的探针不一样。电解过程中，电流与探针的变化发展有密切关系，快速准确分析电流的变化特征是找出针尖形成点的关键。针尖形成点出现的时刻伴随有电流的跳变，当系统检测到该跳变之后，迅速关断电流，防止针尖的钝化。
如图4所示，控制系统运行过程中，先是通过串行通讯口从计算机终端获取用户设定的参数，然后初始化系统并启动，随后不断采集电流信号，并分电流的变化特征，直到针尖形成点的出现，最后关断回路电流以保护针尖。

Claims (1)

1.一种用于扫描隧道显微镜的纯钨材质微纳探针制备控制系统，其特征在于：处理器分别与伺服电机驱动器、旋转编码器、计算机、AD采集器、电解回路控制模块相连接，伺服电机分别与伺服电机驱动器、旋转编码器、钨电极相连接，高速精密电流传感器与AD采集器相连接，电解回路分别与电解回路控制模块、高速精密电流传感器、钨电极相连接，通过计算机设定系统的控制参数，处理器根据所设定的参数完成所有过程，同时电解回路的状态实时显示到计算机上，伺服电机驱动器包括相连接的信号分配器与功率放大器，伺服电机在向下进给的同时通过旋转编码器反馈钨电极的位置，使钨电极的浸没深度等于设定的参数。
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