CN105115589A - 一种基于隧道显微镜的水声测试仪 - Google Patents

Abstract

一种基于隧道显微镜的水声测试仪，包括Z方向纳米级进给驱动装置、尖端电极、漂浮性基底、平端电极，飘浮性基底置于水面平端，平端电极粘附在漂浮性基底表面，Z方向纳米级进给驱动装置设有外引导杆，外引导杆端部置于平端电极上方，尖端电极设置在外引导杆端部，通过Z方向纳米级进给驱动装置调控尖端电极与平端电极之间距离，两电极距离在100nm以下时，在两电极之间就会有隧道电流的产生，容器水面平静时，隧道电流几乎没有变化，当水面受到干扰时起波纹，波纹传播到漂浮性基底使其晃动，两电极之间的距离改变，隧道电流发生改变，可以用于航海仪器设备及一些水声仪器装置的改进等，精度高且重复性好。

Description

一种基于隧道显微镜的水声测试仪

技术领域

本发明涉及一种基于隧道显微镜的水声测试仪，用于测量微水面波动。

背景技术

自1982年国际商业机器公司苏黎世实验室GerdBinnig博士和HeinricnRohrer博士利用量子力学中的隧道效应研制出世界上首台扫描隧道显微镜（STM），使人类第一次能够实时地观察单个原子在物质表面的排列状态和与表面电子行为有关的物理化学性质，不仅为纳米技术的发展提供了强有力地观察和实验工具，而且直接促进了纳米科技的快速发展，作为纳米技术纳米技术发展历史上里程碑式的发明，扫描隧道显微镜被国际科学界公认为八十年代世界十大科技成就之一，其发明者在1986年被授予诺贝尔物理学奖。

STM基本的工作原理是量子理论中的隧道效应，通过探针针尖和样品表面间的隧穿电流来探测探针和样品之间的距离，分辨率达到0.01nm，即可分辨出单个原子。

虽然用隧穿电流来检测距离或位移的方法分辨率很高，但是，目前采用这种方法的仪器设备（包括扫描隧道显微镜在内）结构复杂，要有专人操作，使用时要多次校准，价格昂贵，使用场合或应用领域受到很大限制。

基于此，我们设计发明了一种基于隧道显微镜的水声测试仪测量细微水面波动，可以用于航海仪器设备及一些水声仪器装置的改进等，精度高且重复性好。

发明内容

本发明的目的要解决上述现有技术存在的不足，提供一种结构简单，使用操作方便，测试精度高的基于隧道显微镜的水声测试仪。

本发明的目的通过如下技术方案实现，一种基于隧道显微镜的水声测试仪，包括Z方向纳米级进给驱动装置、尖端电极、漂浮性基底、平端电极，飘浮性基底置于水面平端，飘浮性基底底端设有引线接到水底部，引线将飘浮性基底固定，平端电极粘附在漂浮性基底表面，Z方向纳米级进给驱动装置设有外引导杆，外引导杆端部置于平端电极上方，尖端电极设置在外引导杆端部，通过Z方向纳米级进给驱动装置调控尖端电极与平端电极之间距离，两电极距离在100nm以下时，在两电极之间就会有隧道电流的产生，容器水面平静时，隧道电流几乎没有变化，当水面受到干扰时起波纹，波纹传播到漂浮性基底使其晃动，两电极之间的距离改变，隧道电流发生改变，采集隧道电流数值的变化表征出水面波纹晃动情况。

所述尖端电极的顶端为针尖形状或近似为针尖形状多面体，顶端尖部宽度等于或小于10nm。

所述平端电极表面光滑平整。

所述尖端电极的材料为钨、金、铂金、铱或为钨、金、铂金、铱的合金材料。

本发明利用Z方向纳米级进给驱动装置、漂浮性基底和尖端电极、平端电极两个电极，基于隧道显微镜的水声测试仪测量水面细微波动，把两个电极之间距离的变化通过隧道电流的数值变化表现出来，感知水面细微波动或水中声音，并表征数值化大小，而距离的变化又与水面波纹的传播有直接关系，因此其测量精度高且准确，可以用于航海仪器设备及一些水声仪器装置的改进等，精度高且重复性好。两电极之间的距离通过Z方向纳米级进给驱动装置调控，使两电极距离在100nm以下，两电极之间有隧道电流产生，当液面（水面）平静时，隧道电流几乎没有变化，而当液面受到干扰时，液面产生波纹，当波纹传播到漂浮性基底材料使其晃动时，两电极之间的距离改变，隧道电流发生改变，采集隧道电流数值的变化便可以表征出水面波纹晃动情况。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图中：1平端电极，2尖端电极，3飘浮性基底，4外引导杆，5Z方向纳米级压电驱动装置，6引线。

具体实施方式

以下结合附图描述本发明一种基于隧道显微镜的水声测试仪的具体实施方式。

如图1所示，一种基于隧道显微镜的水声测试仪，包括Z方向纳米级进给驱动装置、尖端电极、漂浮性基底、平端电极，飘浮性基底置于水面平端，飘浮性基底底端设有引线接到水底部，引线将飘浮性基底固定，平端电极粘附在漂浮性基底表面，Z方向纳米级进给驱动装置设有外引导杆，外引导杆端部置于平端电极上方，尖端电极设置在外引导杆端部，通过Z方向纳米级进给驱动装置调控尖端电极与平端电极之间距离，两电极距离在100nm以下时，在两电极之间就会有隧道电流的产生，容器水面平静时，隧道电流几乎没有变化，当水面受到干扰时起波纹，波纹传播到漂浮性基底使其晃动，两电极之间的距离改变，隧道电流发生改变，采集隧道电流数值的变化表征出水面波纹晃动情况。尖端电极的顶端为针尖形状或近似为针尖形状多面体，顶端尖部宽度等于或小于10nm，尖端电极的材料为钨、金、铂金、铱或为钨、金、铂金、铱的合金材料。平端电极表面光滑平整。

本发明利用量子隧穿效应来感知液面波纹波动或者感知声音在水中传播的情况，当平端电极1与尖端电极2之间的距离只有纳米级时，这个距离通过Z方向纳米级进给驱动装置5和外引导杆4调控得到，测试在两电极之间外加电压后，平端电极1与尖端电极2之间将产生隧穿电流，电流的大小跟距离有关，同样，通过隧穿电流的大小可以感知距离的变化，当液面波动或者声音传播过来时，飘浮性基底3波动使得两电极之间的距离改变，隧道电流大小改变，采集变化的隧道电流便可以表征出波动的大小了。

Claims (4)

1.一种基于隧道显微镜的水声测试仪，其特征是，包括Z方向纳米级进给驱动装置、尖端电极、漂浮性基底、平端电极，飘浮性基底置于容器水面平端，飘浮性基底底端设有引线接到容器底部，引线将飘浮性基底固定，平端电极粘附在漂浮性基底表面，Z方向纳米级进给驱动装置设有外引导杆，外引导杆端部置于平端电极上方，尖端电极设置在外引导杆端部，通过Z方向纳米级进给驱动装置调控尖端电极与平端电极之间距离，两电极距离在100nm以下时，在两电极之间就会有隧道电流的产生，容器水面平静时，隧道电流几乎没有变化，当水面受到干扰时起波纹，波纹传播到漂浮性基底使其晃动，两电极之间的距离改变，隧道电流发生改变，采集隧道电流数值的变化表征出水面波纹晃动情况。

2.根据权利要求1所述的一种基于隧道显微镜的水声测试仪，其特征是，所述尖端电极的顶端为针尖形状或近似为针尖形状多面体，顶端尖部宽度等于或小于10nm。

3.根据权利要求1所述的一种基于隧道显微镜的水声测试仪，其特征是，所述平端电极表面光滑平整。

4.根据权利要求1所述的一种基于隧道显微镜的水声测试仪，其特征是，所述尖端电极的材料为钨、金、铂金、铱或为钨、金、铂金、铱的合金材料。