CN113848349A - 探针自动进针装置及探针自动进针方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种探针自动进针装置及探针自动进针方法，其中，探针自动进针装置包括探针组件和两个位移台，探针组件和待测样品间隔设置，探针组件相对于待测样品移动或振动，两个位移台在设定方向移动并具有两个配合状态，在第一配合状态下，两个位移台相向运动，探针组件和待测样品分别设在两个位移台上，在第二配合状态下，两个位移台同向联动，探针组件和待测样品的一个设在位移台上，另一个设在固定台上，第一位移台的第一最大移动值小于第二位移台的第二最大移动值，探针组件和待测样品之间的距离小于第二最大移动值。本发明实施例的探针自动进针装置，两个位移台配合可将探针组件与待测样品由较远距离移动至目标距离，自动化程度高。

Description

探针自动进针装置及探针自动进针方法

技术领域

本发明属于测量仪器技术领域，具体是一种探针自动进针装置及探针自动进针方法。

背景技术

SPM(Scanning Probe Microscopy，扫描探针显微术)是目前广泛用于获得微观材料表征的最重要的方法之一，主要依靠探针和待测样品间的作用力来对待测样品进行表征，在实际探测的过程中，需要将探针和待测样品之间的距离由较远的间距逐渐移动至纳米量级，从而保证探针和待测样品间的作用力合适，以有效获取待测样品的表面信息。

现有技术中，将探针和待测样品之间的距离移动至纳米量级主要是人为手动移动，在某些特殊场合，如低温、真空或恒温下，手动进针的方法就不能满足需求。

为解决上述问题，现有技术中也陆续出现可自动进针的装置，但是该自动进针装置精度低，无法精准控制探针和待测样品之间的距离，当探针和待测样品的间距较近时，容易造成针尖和待测样品硬接触，导致损坏探针并污染待测样品。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种探针自动进针装置，所述探针自动进针装置可减少人工介入程度，实现自动进针，且在进针的过程中不会出现针尖和待测样品硬接触的现象，解决了现有技术中自动进针装置精度差，容易损坏探针并污染样品的技术问题。

本发明还旨在提出一种具有上述探针自动进针装置的探针自动进针方法。

根据本发明实施例的一种探针自动进针装置，所述探针自动进针装置用于探测待测样品，包括：探针组件，所述探针组件和所述待测样品在设定方向间隔设置，所述探针组件可相对于所述待测样品移动或振动；第一位移台和第二位移台，所述第一位移台和所述第二位移台均可在所述设定方向移动；所述第一位移台和所述第二位移台具有第一配合状态和第二配合状态；在所述第一配合状态下，所述第一位移台和所述第二位移台在所述设定方向相向运动，所述探针组件和所述待测样品分别设在所述第一位移台和所述第二位移台上；在所述第二配合状态下，所述第一位移台和所述第二位移台在所述设定方向同向联动运动，所述探针组件和所述待测样品的一个设在所述第一位移台上，另一个设在固定台上；所述第一位移台的第一最大移动值小于所述第二位移台的第二最大移动值，所述探针组件和所述待测样品的所述设定方向距离小于所述第二最大移动值。

根据本发明实施例的探针自动进针装置，通过设置可沿设定方向移动的第一位移台和第二位移台，且无论是在第一配合状态下还是第二配合状态下，第一位移台和第二位移台配合均可减小探针组件和待测样品之间的距离，从而实现自动进针，减少人工介入程度，使得本申请的探针自动进针装置可应用在特殊场合，如在低温、真空或恒温条件下均可使用，且相互配合的第一位移台和第二位移台还可提高探针组件和待测样品位移的准确性，保证当探针组件和待测样品的间距较近时，也不会出现针尖和待测样品硬接触的现象，从而延长探针组件的使用寿命，并可有效将探针组件和待测样品之间的距离控制在纳米量级，便于后续待测样品的探测。本申请的探针自动进针装置，适用范围广、自动化程度高且进针精度高。

根据本发明一个实施例的探针自动进针装置，所述探针组件包括探针，所述探针移动至与所述待测样品的所述设定方向距离达到预设距离阈值时，所述探针的实时振幅位于目标振幅阈值内；所述探针与所述待测样品的所述设定方向距离大于预设距离阈值时，所述探针的实时振幅位于所述目标振幅阈值外。

可选地，所述探针自动进针装置还包括：激励解调单元，所述激励解调单元用于激励所述探针振动并解调出探针的实时振幅，还用于控制所述第一位移台移动；计算机单元，所述计算机单元与所述激励解调单元连接且所述计算机单元与所述第二位移台连接，所述计算机单元用于判断所述探针的实时振幅是否位于目标振幅阈值内，并根据差值控制所述激励解调单元输出控制信号；当所述实时振幅位于所述目标振幅阈值内，所述激励解调单元控制所述探针的振幅保持稳定；当所述实时振幅位于所述目标振幅阈值外，所述激励解调单元控制所述第一位移台移动，和/或所述计算机单元控制所述第二位移台移动。

可选地，所述第一位移台沿所述设定方向移动到所述第一最大移动值时，如果所述实时振幅位于所述目标振幅阈值外，所述第一位移台沿所述设定方向反向移动所述第一最大移动值，所述计算机单元控制所述第二位移台沿所述设定方向移动所述第一最大移动值；所述第一位移台继续沿所述设定方向移动直至所述实时振幅位于所述目标振幅阈值内。

可选地，所述第一位移台沿所述设定方向移动到所述第一最大移动值时，如果所述实时振幅位于所述目标振幅阈值外，所述第一位移台沿所述设定方向反向移动所述第一最大移动值，所述计算机单元控制所述第二位移台沿所述设定方向移动所述第一最大移动值包括：在所述第一配合状态下，所述第二位移台沿所述设定方向朝着靠近所述第一位移台移动所述第一最大移动值；在所述第二配合状态下，所述第二位移台沿所述设定方向带动所述第一位移台朝向所述固定台移动所述第一最大移动值。

可选地，所述探针自动进针装置还包括第一驱动单元和第二驱动单元，所述第一驱动单元分别与所述第一位移台和所述激励解调单元电连接，所述激励解调单元控制所述第一驱动单元驱动所述第一位移台移动；所述第二驱动单元分别与所述计算机单元和所述第二位移台连接，所述计算机单元控制所述第二驱动单元驱动所述第二位移台移动。

根据本发明一个实施例的探针自动进针装置，所述第一位移台为纳米位移台，所述第二位移台为微米位移台。

根据本发明一个实施例的探针自动进针装置，在所述第一配合状态下，所述待测样品位于所述设定方向位置相对在下的所述第一位移台或所述第二位移台上；所述探针组件位于所述设定方向位置相对在上的所述第一位移台或所述第二位移台上；在所述第二配合状态下，所述第一位移台位于所述第二位移台的上部，所述待测样品位于所述设定方向位置相对在下的所述固定台或所述第一位移台上；所述探针组件位于所述设定方向位置相对在上的所述固定台或所述第一位移台上。

根据本发明实施例的一种探针自动进针方法，包括以下步骤：激励解调单元输出电压激励探针以设定频率振动，对所述探针的实时振幅进行解调；将探针的实时振幅与探针的目标振幅阈值比较；当实时振幅位于目标振幅阈值外时，激励解调单元控制第一位移台移动并使探针与待测样品之间的距离缩短；将第一位移台的实时移动量与第一位移台的第一最大移动值比较，所述探针和待测样品间的实时的设定方向距离与探针和待测样品间的预设距离阈值比较；当实时移动量小于第一最大移动值，且所述设定方向距离位于预设距离阈值时，控制激励解调单元输出恒定的电压，使探针和待测样品间的实时的所述设定方向距离保持稳定，并使所述探针的实时振幅保持稳定。

根据本发明实施例的探针自动进针方法，当激励解调单元解调到探针的实时振幅位于目标振幅阈值外时，激励解调单元控制第一位移台移动，以调节探针与待测样品之间距离，从而实现探针组件的自动进针，减少人工介入程度，且在进针的过程中会实时监测第一位移台的实时移动量与第一位移台的第一最大移动值以及探针和待测样品间的实时的设定方向距离与探针和待测样品间的预设距离阈值，当第一位移台的实时移动量小于第一最大移动值，且探针和待测样品间在设定方向距离位于预设距离阈值时，进针完成，此时只需控制探针组件和待测样品间的距离稳定即可，为后续待测样品的探测做准备。本申请的探针自动进针方法，自动化程度高且进针精度高。

根据本发明一个实施例的探针自动进针方法，还包括以下步骤：当所述实时移动量等于所述第一最大移动值，且所述设定方向距离位于所述预设距离阈值外时，所述激励解调单元控制所述第一位移台反向移动所述第一最大移动值；计算机单元控制第二位移台移动所述第一最大移动值；再次将第一位移台的实时移动量与第一最大移动值进行比较，所述探针和所述待测样品间的实时的所述设定方向距离与所述预设距离阈值比较，直至所述第一位移台的实时移动量小于第一最大移动值，且所述设定方向距离位于预设距离阈值时，所述激励解调单元控制所述探针在所述目标振幅阈值内振动。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为本发明第一个实施例的探针自动进针装置的示意图。

图2为本发明第二个实施例的探针自动进针装置的示意图。

图3为本发明第三个实施例的探针自动进针装置的示意图。

图4为本发明第四个实施例的探针自动进针装置的示意图。

图5为本发明一个实施例的探针自动进针方法的流程图。

附图标记：

1000、探针自动进针装置；

100、探针组件；110、探针；120、探针架；

200、第一位移台；

300、第二位移台；

400、激励解调单元；

500、计算机单元；

600、第一驱动单元；

700、第二驱动单元；

2000、待测样品。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

下面参考说明书附图描述本发明实施例的探针自动进针装置1000。

根据本发明实施例的一种探针自动进针装置1000，探针自动进针装置1000用于探测待测样品2000，如图1所示，包括：探针组件100、第一位移台200和第二位移台300。

其中，如图1所示，探针组件100和待测样品2000在设定方向间隔设置，探针组件100可相对于待测样品2000移动或振动。

第一位移台200和第二位移台300均可在设定方向移动。

第一位移台200和第二位移台300具有第一配合状态和第二配合状态，在第一配合状态下，第一位移台200和第二位移台300在设定方向相向运动，探针组件100和待测样品2000分别设在第一位移台200和第二位移台300上；在第二配合状态下，第一位移台200和第二位移台300在设定方向同向联动运动，探针组件100和待测样品2000的一个设在第一位移台200上，另一个设在固定台(图中未示出)上。

第一位移台200的第一最大移动值小于第二位移台300的第二最大移动值，探针组件100和待测样品2000的设定方向距离小于第二最大移动值。

由上述结构可知，本发明实施例的探针自动进针装置1000，通过将探针组件100和待测样品2000在设定方向上间隔设置，也就是说在设定方向上，探针组件100和待测样品2000之间具有一定的距离，这样便于更换或维护探针组件100，且在更换或维护探针组件100时，保证用于更换或维护探针组件100的工具或者探针组件100本身不会划伤或污染待测样品2000，且间隔设置保证在放置待测样品2000时，待测样品2000不会触碰探针组件100。

在具体的示例中，探针自动进针装置1000还包括样品台，待测样品2000放置在样品台上，样品台与探针组件100在设定方向上间隔设置，这样将待测样品2000放置在样品台上后，即可保证待测样品2000与探针组件100在设定方向上间隔设置，且样品台还用于提高待测样品2000的位置稳定性，便于后续的探测。

这里所说的设定方向是指某一特定的方向，例如：X向、Y向、Z向或某一倾斜的方向。

需要说明的是，当探针组件100和待测样品2000在设定方向上间隔设置时，在其他方向上，探针组件100和待测样品2000均对应设置，例如：当探针组件100和待测样品2000在Z向上间隔设置时，那么在X向和Y向上，探针组件100和待测样品2000的坐标点均相等，这样第一位移台200和第二位移台300只需在Z向上移动即可实现进针。

因探针组件100和待测样品2000在设定方向间隔设置，因此为了后续待测样品2000的检测，设置探针组件100相对于待测样品2000移动以调节探针组件100和待测样品2000之间的距离，从而将探针组件100和待测样品2000之间的距离移动至可探测的范围内，并通过探针组件100的振动探测待测样品2000的表面特征。

通过设置具有第一配合状态和第二配合状态的第一位移台200和第二位移台300，在第一配合状态时，探针组件100和待测样品2000分别设在第一位移台200和第二位移台300上，也就是说，探针组件100和待测样品2000中的其中一个设在第一位移台200和第二位移台300的其中一个上，探针组件100和待测样品2000中的另一个设在第一位移台200和第二位移台300的另一个上。第一位移台200和第二位移台300在设定方向上相向运动，从而分别带动探针组件100和待测样品2000相向运动，达到调节探针组件100和待测样品2000之间距离的目的，从而实现自动进针。

在本发明的描述中，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征，用于区别描述特征，无顺序之分，无轻重之分。

具体地，如图3所示，探针组件100设置在第二位移台300上，待测样品2000设置在第一位移台200上，第一位移台200和第二位移台300在设定方向上相向运动；或者，如图4所示，探针组件100设置在第一位移台200上，待测样品2000设置在第二位移台300上，第一位移台200和第二位移台300在设定方向上相向运动，以达到调节探针组件100和待测样品2000之间距离的目的。

上述所说的相向运动是指第一位移台200和第二位移台300均可朝向靠近彼此的方向移动，例如，在进针的过程中，第一位移台200朝向第二位移台300移动，第二位移台300朝向第一位移台200移动，从而实现第一位移台200和第二位移台300的相向运动，以缩短探针组件100和待测样品2000之间的距离，达到进针的目的。

在第二配合状态时，探针组件100和待测样品2000的一个设在第一位移台200上，另一个设在固定台上。也就是说，探针组件100和待测样品2000中的其中一个设置在第一位移台200上，探针组件100和待测样品2000中的另一个设置在固定台上，此时设置在固定台上的探针组件100或待测样品2000的位置是固定不动的，第一位移台200带动探针组件100或待测样品2000朝向固定台的方向移动，达到调节探针组件100和待测样品2000之间距离的目的，从而实现自动进针。此处设置的固定台主要是为探针组件100或待测样品2000提供设置空间，并起到固定探针组件100或待测样品2000的作用，以限定探针组件100或待测样品2000的位置。

具体为，如图1所示，待测样品2000设置在第一位移台200上，探针组件100设置在固定台上，第一位移台200带动待测样品2000朝向探针组件100的方向移动，以调节探针组件100和待测样品2000之间的距离；或者，如图2所示，探针组件100设置在第一位移台200上，待测样品2000设置在固定台上，此处可省去前述样品台的设置，将待测样品2000直接设置在固定台上，省去一个结构件的设置，固定台也可保证待测样品2000的位置稳定，第一位移台200带动探针组件100朝向待测样品2000的方向移动，达到调节探针组件100和待测样品2000之间距离的目的。

需要说明的是，如图1和图2所示，当第一位移台200和第二位移台300处于第二配合状态时，第一位移台200设置在第二位移台300上，第一位移台200和第二位移台300在设定方向同向联动运动，也就是第二位移台300在移动的过程中可带动第一位移台200移动，从而增加第一位移台200的行程，确保探针组件100和待测样品2000之间的距离能够控制在纳米量级内。

上述所说的同向联动运动是指在进针的过程中，第一位移台200和第二位移台300的移动方向相同，且第一位移台200和第二位移台300相互配合交替移动，在第二位移台300移动的过程中可带动第一位移台200移动，达到同向联动运动的目的，例如：如图1所示，待测样品2000设置在第一位移台200上，探针组件100设置在固定台上，第一位移台200带动待测样品2000朝向探针组件100的方向移动，因第一位移台200的第一最大移动值小于第二位移台300的第二最大移动值，因此，当第一位移台200带动待测样品2000移动到第一最大移动值后待测样品2000和探针组件100还未到预设距离阈值内，此时即可利用第二位移台300带动第一位移台200移动，缩短待测样品2000和探针组件100之间的距离。

这里所说的第一最大移动值是指第一位移台200的最大行程，第二最大移动值是指第二位移台300的最大行程。

将第二位移台300的第二最大移动值设置成大于第一位移台200的第一最大移动值，这样当第一位移台200移动至第一最大移动值后，待测样品2000和探针组件100之间的距离还未到预设距离阈值时，可利用第二位移台300带动第一位移台200移动，随后第一位移台200再移动，保证待测样品2000和探针组件100之间的距离可达到预设距离阈值，达到进针的目的，为后续待测样品2000的探测做准备。

因调节探针组件100和待测样品2000之间的距离主要是通过第一位移台200和第二位移台300配合进行调节的，且第二位移台300的第二最大移动值大于第一位移台200的第一最大移动值，因此，将探针组件100和待测样品2000的设定方向距离设置成小于第二位移台300的第二最大移动值，这样确保第一位移台200和第二位移台300配合移动可将待测样品2000和探针组件100之间的距离调节至预设距离阈值，不会出现第一位移台200和第二位移台300均移动至最大行程，待测样品2000和探针组件100之间的距离未达到预设距离阈值的现象。

需要说明的是，此处所说的探针组件100和待测样品2000的设定方向距离是指在探针自动进针装置1000未工作时的初始状态下，在设定方向上探针组件100和待测样品2000之间的距离。

可以理解的是相对于现有技术，本申请的探针自动进针装置1000，设置相互配合的第一位移台200和第二位移台300，用于将探针组件100和待测样品2000之间的距离由毫米或亚毫米级减小到纳米级，以实现自动进针，减少人工介入程度，提高适用范围，且控制精度高，避免探针组件100和待测样品2000之间发生硬接触的现象，延长探针组件100的使用寿命并减少待测样品2000的污染。

可选地，第一位移台200和第二位移台300处于第二配合状态时，第一位移台200通过连接件固定在第二位移台300上，用于将第一位移台200和第二位移台300连接起来，从而实现第一位移台200和第二位移台300的同向联动运动。

在本发明的一些实施例中，第一位移台200为纳米位移台。纳米位移台的行程小精度高，也就是说纳米位移台在带动探针组件100或待测样品2000移动的过程中可精准控制每次的移动量，确保将探针组件100与待测样品2000之间的距离由毫米或亚毫米级移动到纳米级时，且避免出现探针组件100和待测样品2000发生硬接触的现象。

可选地，第二位移台300为微米位移台。微米位移台相对于纳米位移台而言，行程大但精度低，从而可保证第二位移台300的第二最大移动值大于第一位移台200的第一最大移动值，确保待测样品2000和探针组件100之间的距离可达到预设距离阈值，达到进针的目的。其中，纳米位移台和微米位移台为本领域技术人员所熟知的现有技术，其纳米位移台和微米位移台内部的传动件、驱动件等结构的组成部分及其工作原理在此不做赘述。

在本发明的一些实施例中，如图1所示，探针组件100包括探针110，探针110移动至与待测样品2000的设定方向距离达到预设距离阈值时，探针110的实时振幅位于目标振幅阈值内；探针110与待测样品2000的设定方向距离大于预设距离阈值时，探针110的实时振幅位于目标振幅阈值外。也就是说，探针110的实时振幅受探针110与待测样品2000之间距离的影响，探针110以特定频率在振动，若探针110与待测样品2000的设定方向距离达到预设距离阈值时，探针110的实时振幅就在目标振幅阈值内，若探针110与待测样品2000的设定方向距离大于预设距离阈值时，探针110的实时振幅就位于目标振幅阈值外，因此，本申请设置了上述的第一位移台200和第二位移台300，通过第一位移台200和第二位移台300的配合用于将探针110与待测样品2000之间的距离调节至预设距离阈值内，从而保证探针110的实时振幅位于目标振幅阈值内，便于后续探测待测样品2000的表面特征。在具体的示例中，目标振幅阈值可以是一个范围值也可以是一个固定的数值。

可选地，如图1所示，探针组件100还包括探针架120，探针架120的一端连接探针110，探针架120的另一端固定在固定台、第一位移台200或第二位移台300的任一个上，探针架120用于支撑探针110，确保探针110能够有效产生振动，且在后续激励解调单元400激励探针110振动时，可通过激励探针架120振动，从而带动探针110振动。

可选地，探针110与探针架120形成可拆卸连接。可以理解为，探针110通过可拆卸地连接方式连接在探针架120上，这样便于将探针110从探针架120上拆下来，方便更换或维护探针110。

可选地，如图1和图2所示，探针自动进针装置1000还包括激励解调单元400和计算机单元500，激励解调单元400用于激励探针110振动并解调出探针110的实时振幅，还用于控制第一位移台200移动。从而实现自动化激励探针110振动、自动化解调探针110的实时振幅、自动化控制第一位移台200移动，进一步减少人工介入程度，自动化程度高。

在具体地示例中，当探针自动进针装置1000需要调节探针组件100和待测样品2000之间的距离时，激励解调单元400先激励探针110振动，随后再解调出探针110的实时振幅，便于后续判断探针110与待测样品2000之间的距离是否达到预设距离阈值；当解调出探针110的实时振幅位于目标振幅阈值外时，激励解调单元400控制第一位移台200移动，以调节判断探针110与待测样品2000之间的距离，保证判断探针110与待测样品2000之间的距离达到预设距离阈值，也就是确保探针110的实时振幅位于目标振幅阈值内，为后续探测待测样品2000的表面特征做准备。

可选地，激励解调单元400可选用锁相放大器，锁相放大器输出电压用于激励探针110振动，在探针110振动的过程中，锁相放大器还用于对探针110的振幅进行解调。

可选地，如图1所示，计算机单元500与激励解调单元400连接，计算机单元500用于判断探针110的实时振幅是否位于目标振幅阈值内，并根据差值控制激励解调单元400输出控制信号。这里所说的差值是指探针110的实时振幅与目标振幅阈值之间的差值，可以理解为，当激励解调单元400解调出探针110的实时振幅后，激励解调单元400将实时振幅传输至计算机单元500，计算机单元500用于判断探针110的实时振幅是否位于目标振幅阈值内，当探针110的实时振幅位于目标振幅阈值外也就是实时振幅与目标振幅阈值存在差值时，计算机单元500控制激励解调单元400输出控制信号以控制第一位移台200移动，从而调节探针110与待测样品2000之间的距离，保证探针110的实时振幅位于目标振幅阈值内。

可选地，激励解调单元400通过网口连接到计算机单元500上，保证激励解调单元400解调出探针110的实时振幅可输送至计算机单元500上，计算机单元500也可控制激励解调单元400输出控制信号。

可选地，计算机单元500与第二位移台300连接。计算机单元500用于控制第二位移台300移动，这样当探针110与待测样品2000之间的距离大于预设距离阈值时，可通过计算机单元500控制第二位移台300移动调节探针110与待测样品2000之间的距离。

可选地，第二位移台300通过USB接口连接到计算机单元500，保证计算机单元500可自动化控制第二位移台300移动。

可选地，激励解调单元400将解调出探针110的实时振幅输送至计算机单元500后，计算机单元500将探针110的实时振幅与目标振幅阈值作比较，判断探针110的实时振幅与目标振幅阈值是否存在偏差值，并执行PID(Proportion Integral Differential，比例、积分、微分)算法，当探针110的实时振幅与目标振幅阈值存在差值时，激励解调单元400控制第一位移台200移动，使探针110的实时振幅位于目标振幅阈值内，当探针110的实时振幅位于目标振幅阈值内时，实时振幅与目标振幅阈值不存在差值，第一位移台200停止移动。

可选地，当实时振幅位于目标振幅阈值内，激励解调单元400控制探针110的振幅保持稳定。因实时振幅位于目标振幅阈值内说明探针110与待测样品2000之间的距离已达到预设距离阈值，此时控制探针110振动可利用探针110与待测样品2000表面的作用力来确定待测样品2000的表面特征，从而达到探测待测样品2000的目的。

可选地，当实时振幅位于目标振幅阈值外，激励解调单元400控制第一位移台200移动，和/或计算机单元500控制第二位移台300移动。因实时振幅位于目标振幅阈值外说明探针110与待测样品2000之间的距离大于预设距离阈值，此时通过控制第一位移台200和/或第二位移台300移动，以调节探针110与待测样品2000之间的距离，使得探针110与待测样品2000之间的距离达到预设距离阈值，从而保证探针110的实时振幅位于目标振幅阈值内，便于对待测样品2000进行探测。

综上可知，本申请的第二位移台300通过USB接口连接到计算机模块，激励解调单元400通过网口连接到计算机单元500上，激励解调单元400还可控制第一位移台200移动，从而使得用户可以通过计算机单元500上的软件实现人机交互，以对探针自动进针装置1000进行操控，实现自动、快速地调节探针110与待测样品2000之间的距离，且计算机单元500中应用了PID算法，提高计算的效率和稳定性。

可选地，第一位移台200沿设定方向移动到第一最大移动值时，如果实时振幅位于目标振幅阈值外，第一位移台200沿设定方向反向移动第一最大移动值，计算机单元500控制第二位移台300沿设定方向移动第一最大移动值。也就是说，在激励解调单元400控制第一位移台200移动并带动探针组件100或待测样品2000移动的过程中，若第一位移台200移动至最大行程，但探针110与待测样品2000的设定方向距离大于预设距离阈值时，此时激励解调单元400带动第一位移台200沿设定方向反向移动第一最大移动值，使得第一位移台200移动至原有的位置处，随后计算机单元500控制第二位移台300沿设定方向移动第一最大移动值，以减小探针110与待测样品2000之间的距离。

需要说明的是，因为第一位移台200移动第一最大移动值后，探针110与待测样品2000的设定方向距离大于预设距离阈值，因此，控制第二位移台300沿设定方向移动第一最大移动值还是不能将探针110与待测样品2000之间的距离移动至预设距离阈值，因此，第二位移台300沿设定方向移动第一最大移动值后，激励解调单元400控制第一位移台200继续沿设定方向移动直至实时振幅位于目标振幅阈值内。

值得注意的是，本申请在第一位移台200移动至第一最大移动值且探针110与待测样品2000的设定方向距离大于预设距离阈值后，先将第一位移台200归位，然后控制第二位移台300移动，随后再控制第一位移台200，如此设置可保证最后移动的移动台均为第一位移台200，因第一位移台200为纳米位移台，精度高，如此设置可以保证不会出现探针组件100和待测样品2000发生硬接触的现象。

可选地，第一位移台200沿设定方向移动，若第一位移台200未移动至第一最大移动值，但实时振幅位于目标振幅阈值内时，说明第一位移台200还未移动至最大位移量，探针110的实时振幅就位于目标振幅阈值内，完成进针，此时只需控制激励解调单元400输出恒定的电压，使探针110和待测样品2000间的实时的设定方向距离保持稳定，并使探针110的实时振幅保持稳定，便于对待测样品2000进行探测。

可选地，第一位移台200沿设定方向反向移动第一最大移动值，计算机单元500控制第二位移台300沿设定方向移动第一最大移动值。如果实时振幅位于目标振幅阈值外，第一位移台200沿设定方向反向移动第一最大移动值，计算机单元500控制第二位移台300沿设定方向移动第一最大移动值。

可选地，第一位移台200沿设定方向移动到第一最大移动值时，如果实时振幅位于目标振幅阈值外，第一位移台200沿设定方向反向移动第一最大移动值，计算机单元500控制第二位移台300沿设定方向移动第一最大移动值包括：在第一配合状态下，第二位移台300沿设定方向朝着靠近第一位移台200移动第一最大移动值。

也就是说，如图3所示，在探针组件100设置在第二位移台300上，待测样品2000设置在第一位移台200上的前提下；或者，如图4所示，在探针组件100设置在第一位移台200上，待测样品2000设置在第二位移台300上的前提下，当第一位移台200移动至第一最大移动值且探针110与待测样品2000的设定方向距离大于预设距离阈值后，先将第一位移台200归位，随后计算机单元500控制第二位移台300朝向第一位移台200的方向移动第一最大移动值，以带动设置在第二位移台300上的探针组件100或待测样品2000移动，减小探针组件100和待测样品2000之间的距离。

可选地，第一位移台200沿设定方向移动到第一最大移动值时，如果实时振幅位于目标振幅阈值外，第一位移台200沿设定方向反向移动第一最大移动值，计算机单元500控制第二位移台300沿设定方向移动第一最大移动值包括：在第二配合状态下，第二位移台300沿设定方向带动第一位移台200朝向固定台移动第一最大移动值。

也就是说，如图1所示，在待测样品2000设置在第一位移台200上，探针组件100设置在固定台上的前提下；或者，如图2所示，在探针组件100设置在第一位移台200上，待测样品2000设置在固定台上的前提下，当第一位移台200移动至第一最大移动值且探针110与待测样品2000的设定方向距离大于预设距离阈值后，先将第一位移台200归位，随后计算机单元500控制第二位移台300朝向固定台的方向移动第一最大移动值，第二位移台300在移动的过程中可带动第一位移台200移动，从而带动设置在第一位移台200上的探针组件100或待测样品2000移动，减小探针组件100和待测样品2000之间的距离。

需要说明的是，如图2所示，在第二配合状态下，且当探针组件100设置在第一位移台200上，待测样品2000设置在固定台上时，第一位移台200和第二位移台300始终接触，具体为：激励解调单元400驱动第一位移台200移动以减小探针组件100和待测样品2000之间的距离；当计算机单元500控制第二位移台300朝向固定台的方向移动第一最大移动值，第二位移台300带动第一位移台200一起移动。

可选地，如图1所示，探针自动进针装置1000还包括第一驱动单元600和第二驱动单元700，第一驱动单元600分别与第一位移台200和激励解调单元400电连接，激励解调单元400控制第一驱动单元600驱动第一位移台200移动。也就是说，激励解调单元400通过控制第一驱动单元600从而实现驱动第一位移台200移动，以实现第一位移台200的自动移动，减少人工介入程度。

可选地，激励解调单元400与第一驱动单元600采用同轴线缆连接，激励解调单元400在激励探针110振动并解调出探针110的实时振幅后，激励解调单元400输出模拟电压由同轴线缆传递至第一驱动单元600，第一驱动单元600控制第一位移台200沿设定方向移动实现持续进针。

可选地，如图1所示，第二驱动单元700分别与计算机单元500和第二位移台300连接，计算机单元500控制第二驱动单元700驱动第二位移台300移动。也就是说，计算机单元500通过控制第二驱动单元700从而实现驱动第二位移台300移动，以实现第二位移台300的自动移动，减少人工介入程度。

在具体的示例中，当第一位移台200沿设定方向移动到第一最大移动值但探针组件100的实时振幅位于目标振幅阈值外时，计算机单元500将给激励解调单元400发指令，将激励解调单元400输出给第一位移台200的模拟电压降为0，使得第一位移台200沿设定方向反向移动第一最大移动值，随后计算机单元500通过控制第二驱动单元700以控制第二位移台300沿设定方向移动第一最大移动值，减小探针组件100和待测样品2000之间的距离。

可选地，第一驱动单元600和第二驱动单元700均选用控制器，控制器用于向第一位移台200或第二位移台300发送控制信号，以控制第一位移台200或第二位移台300在设定方向移动。

在本发明的一些实施例中，如图3和图4所示，在第一配合状态下，待测样品2000位于设定方向位置相对在下的第一位移台200或第二位移台300上；探针组件100位于设定方向位置相对在上的第一位移台200或第二位移台300上。此处是指，无论是探针组件100设置在第二位移台300上，待测样品2000设置在第一位移台200上；还是，探针组件100设置在第一位移台200上，待测样品2000设置在第二位移台300上，待测样品2000均位于探针组件100的下方，一方面保证待测样品2000和探针组件100能够相对设置，这样当待测样品2000和探针组件100之间的距离合适后，即可探测待测样品2000，另一方面确保待测样品2000位置稳定，第一位移台200或第二位移台300能够稳定地支撑待测样品2000。

可选地，如图1和图2所示，在第二配合状态下，第一位移台200位于第二位移台300的上部，待测样品2000位于设定方向位置相对在下的固定台或第一位移台200上；探针组件100位于设定方向位置相对在上的固定台或第一位移台200上。此处也主要是保证待测样品2000始终位于探针组件100的下方，所产生的效果可参见在第一配合状态下，待测样品2000位于探针组件100的下方所产生的的有益效果，在此不做赘述。

下面参考说明书附图描述本发明实施例的探针自动进针方法。

根据本发明实施例的一种探针自动进针方法，如图5所示，包括以下步骤：

S1、激励解调单元400输出电压激励探针110以设定频率振动，对探针110的实时振幅进行解调。

S2、将探针110的实时振幅与探针110的目标振幅阈值比较。

S3、当实时振幅位于目标振幅阈值外时，激励解调单元400控制第一位移台200移动并使探针110与待测样品2000之间的距离缩短。

S4、将第一位移台200的实时移动量与第一位移台200的第一最大移动值比较，探针110和待测样品2000间的实时的设定方向距离与探针110和待测样品2000间的预设距离阈值比较。

S5、当实时移动量小于第一最大移动值，且设定方向距离位于预设距离阈值时，控制激励解调单元400输出恒定的电压，使探针110和待测样品2000间的实时的设定方向距离保持稳定，并使探针110的实时振幅保持稳定。

由上述方法可知，本发明实施例的探针自动进针方法，在移动第一位移台200或移动第二位移台300之前，激励解调单元400先输出电压以激励探针110振动，当探针110振动至特定频率后，激励解调单元400对探针110的实时振幅进行解调，并根据探针110的实时振幅与目标振幅阈值之间的差值控制第一位移台200移动以使探针110与待测样品2000之间的距离缩短，达到调节探针110与待测样品2000之间距离的目的，从而实现探针组件100的自动进针，减少人工介入程度；在第一位移台200移动的过程中，会实时判断第一位移台200的实时移动量是否超出第一位移台200的第一最大移动值，探针110和待测样品2000间的实时的设定方向距离是否达到探针110和待测样品2000间的预设距离阈值，当实时移动量小于第一最大移动值，且设定方向距离位于预设距离阈值内时，说明第一位移台200还未移动至最大位移量，探针110的实时振幅就位于目标振幅阈值内，完成进针，此时还需要控制激励解调单元400输出恒定的电压，使探针110和待测样品2000间的实时的设定方向距离保持稳定，并使探针110的实时振幅保持稳定，便于对待测样品2000进行探测。

可选地，当激励解调单元400激励探针110振动，并判断出探针110的实时振幅位于目标振幅阈值内时，此时无需控制第一位移台200和第二位移台300移动，只要确保激励解调单元400输出恒定的电压，保证探针110和待测样品2000之间的距离稳定即可。

可选地，当激励解调单元400解调出探针110的实时振幅后，激励解调单元400用于将实时振幅传递至计算机单元500，计算机单元500用于判断探针110的实时振幅是否位于目标振幅阈值内，并根据实时振幅与目标振幅阈值的差值控制激励解调单元400输出控制信号，以控制第一位移台200移动使得探针110与待测样品2000之间的距离缩短。

需要说明的是，上述所说的探针110和待测样品2000间的预设距离阈值可以是一个范围值也可以是一个特定的数值。

在本发明的一些实施例中，如图5所示，探针自动进针方法还包括以下步骤：

S6、当实时移动量等于第一最大移动值，且设定方向距离位于预设距离阈值外时，激励解调单元400控制第一位移台200反向移动第一最大移动值。

S7、计算机单元500控制第二位移台300移动第一最大移动值。

S8、再次将第一位移台200的实时移动量与第一最大移动值进行比较，探针110和待测样品2000间的实时的设定方向距离与预设距离阈值比较，直至实时移动量小于第一最大移动值，且设定方向距离位于预设距离阈值时，激励解调单元400控制探针110在目标振幅阈值内振动。

由此可知，当第一位移台200移动至最大位移量，但探针110与待测样品2000之间的距离位于预设距离阈值外时，说明探针110的实时振幅位于目标振幅阈值外，此时激励解调单元400控制第一位移台200反向移动第一最大移动值回到原点，计算机单元500控制第二位移台300移动第一最大移动值，以缩短探针110与待测样品2000之间的距离，随后激励解调单元400再控制第一位移台200移动并使探针110与待测样品2000之间的距离缩短，且在第一位移台200移动的过程中实时判断第一位移台200的实时移动量是否超出第一位移台200的第一最大移动值，探针110和待测样品2000间的实时的设定方向距离是否达到探针110和待测样品2000间的预设距离阈值，若当实时移动量小于第一最大移动值，且设定方向距离位于预设距离阈值内时，进针完成；若当第一位移台200移动至最大位移量，但探针110与待测样品2000之间的距离位于预设距离阈值外时，此时激励解调单元400再次控制第一位移台200反向移动第一最大移动值，计算机单元500再次控制第二位移台300移动第一最大移动值，激励解调单元400再次控制第一位移台200沿设定方向移动，以缩短探针110与待测样品2000之间的距离，重复上述步骤(S7、S8和S9)，直至第一位移台200的实时移动量小于或等于第一最大移动值，且探针110与待测样品2000之间的距离位于预设距离阈值时，进针完成。

可选地，在激励解调单元400输出电压激励探针110振动之前，还需要在计算机单元500内输入激励解调单元400的驱动电压、特定频率以及探针110和待测样品2000间的预设距离阈值，计算机单元500输入驱动电压至激励解调单元400，激励解调单元400输出驱动电压以驱动探针110振动，并在特定频率处对探针110进行解调，且在第一位移台200移动的过程中，计算机单元500实时判断第一位移台200的实时移动量是否超出第一位移台200的第一最大移动值，并判断探针110和待测样品2000间的实时的设定方向距离是否达到探针110和待测样品2000间的预设距离阈值，进而判断探针110的实时振幅是否位于目标振幅阈值内。

下面结合说明书附图描述本发明的具体实施例中探针自动进针装置1000的具体结构以及探针自动进针方法的具体步骤。本发明的实施例可以为前述的多个技术方案进行组合后的所有实施例，而不局限于下述具体实施例，这些都落在本发明的保护范围内。

实施例1

一种探针自动进针装置1000，探针自动进针装置1000用于探测待测样品2000，如图1所示，包括：探针组件100、第一位移台200、第二位移台300、激励解调单元400、计算机单元500、第一驱动单元600和第二驱动单元700。

其中，如图1所示，探针组件100和待测样品2000在Z向间隔设置，待测样品2000位于探针组件100的下方，激励解调单元400用于激励探针组件100振动并解调出探针组件100的实时振幅，激励解调单元400还可通过第一驱动单元600控制第一位移台200沿Z向移动。

如图1所示，计算机单元500与激励解调单元400连接，计算机单元500用于判断探针组件100的实时振幅是否位于目标振幅阈值内，并根据差值控制激励解调单元400输出控制信号以控制第一位移台200沿Z向移动，计算机单元500还用于通过控制第二驱动单元700控制第二位移台300沿Z向移动。

第一位移台200和第二位移台300具有第二配合状态，在第二配合状态下，如图1所示，待测样品2000设在第一位移台200上，探针组件100设在固定台(图中未示出)上，第一位移台200和第二位移台300在Z向同向联动运动。

第一位移台200的第一最大移动值小于第二位移台300的第二最大移动值，探针组件100和待测样品2000的Z向距离小于第二最大移动值。

一种探针自动进针方法，包括实施例1中的探针自动进针装置1000，包括以下步骤：

S1、激励解调单元400输出电压激励探针110以设定频率振动，对探针110的实时振幅进行解调。

S2、将探针110的实时振幅与探针110的目标振幅阈值比较。

S3、当实时振幅位于目标振幅阈值外时，激励解调单元400控制第一位移台200向上移动使探针110与待测样品2000之间的距离缩短。

S4、将第一位移台200的实时移动量与第一位移台200的第一最大移动值比较，探针110和待测样品2000间的实时的Z向距离与探针110和待测样品2000间的预设距离阈值比较。

S5、当实时移动量小于第一最大移动值，且Z向距离位于预设距离阈值时，控制激励解调单元400输出恒定的电压，使探针110和待测样品2000间的实时的Z向距离保持稳定，并使探针110的实时振幅保持稳定。

S6、当实时移动量等于第一最大移动值，且Z向距离位于预设距离阈值外时，激励解调单元400控制第一位移台200向下移动第一最大移动值。

S7、计算机单元500控制第二位移台300向上移动第一最大移动值，并推动第一位移台200一起移动。

S8、激励解调单元400再次控制第一位移台200向上移动，并将第一位移台200的实时移动量与第一最大移动值进行比较，探针110和待测样品2000间的实时的Z向距离与预设距离阈值比较，直至实时移动量小于第一最大移动值，且Z向距离位于预设距离阈值时，激励解调单元400控制探针110在目标振幅阈值内振动。

实施例2

一种探针自动进针装置1000，探针自动进针装置1000用于探测待测样品2000，如图2所示，包括：探针组件100、第一位移台200、第二位移台300、激励解调单元400、计算机单元500、第一驱动单元600和第二驱动单元700。

其中，如图2所示，探针组件100和待测样品2000在Z向间隔设置，待测样品2000位于探针组件100的下方，激励解调单元400用于激励探针组件100振动并解调出探针组件100的实时振幅，激励解调单元400还可通过第一驱动单元600控制第一位移台200沿Z向移动。

如图2所示，计算机单元500与激励解调单元400连接，计算机单元500用于判断探针组件100的实时振幅是否位于目标振幅阈值内，并根据差值控制激励解调单元400输出控制信号以控制第一位移台200沿Z向移动，计算机单元500还用于通过控制第二驱动单元700控制第二位移台300沿Z向移动。

第一位移台200和第二位移台300具有第二配合状态，在第二配合状态下，如图2所示，探针组件100设在第一位移台200上，待测样品2000设在固定台(图中未示出)上，第一位移台200和第二位移台300在Z向同向联动运动。

第一位移台200的第一最大移动值小于第二位移台300的第二最大移动值，探针组件100和待测样品2000的Z向距离小于第二最大移动值。

一种探针自动进针方法，包括实施例2中的探针自动进针装置1000，包括以下步骤：

S1、激励解调单元400输出电压激励探针110以设定频率振动，对探针110的实时振幅进行解调。

S2、将探针110的实时振幅与探针110的目标振幅阈值比较。

S3、当实时振幅位于目标振幅阈值外时，激励解调单元400控制第一位移台200向下移动，使得探针110与待测样品2000之间的距离缩短。

S4、将第一位移台200的实时移动量与第一位移台200的第一最大移动值比较，探针110和待测样品2000间的实时的Z向距离与探针110和待测样品2000间的预设距离阈值比较。

S5、当实时移动量小于第一最大移动值，且Z向距离位于预设距离阈值时，控制激励解调单元400输出恒定的电压，使探针110和待测样品2000间的实时的Z向距离保持稳定，并使探针110的实时振幅保持稳定。

S6、当实时移动量等于第一最大移动值，且Z向距离位于预设距离阈值外时，激励解调单元400控制第一位移台200向上移动第一最大移动值。

S7、计算机单元500控制第二位移台300向下移动第一最大移动值，并带动第一位移台200一起移动。

S8、激励解调单元400再次控制第一位移台200向下移动，并将第一位移台200的实时移动量与第一最大移动值进行比较，探针110和待测样品2000间的实时的Z向距离与预设距离阈值比较，直至实时移动量小于第一最大移动值，且Z向距离位于预设距离阈值时，激励解调单元400控制探针110在目标振幅阈值内振动。

实施例3

一种探针自动进针装置1000，探针自动进针装置1000用于探测待测样品2000，如图3所示，包括：探针组件100、第一位移台200、第二位移台300、激励解调单元400、计算机单元500、第一驱动单元600和第二驱动单元700。

其中，如图3所示，探针组件100和待测样品2000在Z向间隔设置，待测样品2000位于探针组件100的下方，激励解调单元400用于激励探针组件100振动并解调出探针组件100的实时振幅，激励解调单元400还可通过第一驱动单元600控制第一位移台200沿Z向移动。

如图3所示，计算机单元500与激励解调单元400连接，计算机单元500用于判断探针组件100的实时振幅是否位于目标振幅阈值内，并根据差值控制激励解调单元400输出控制信号以控制第一位移台200沿Z向移动，计算机单元500还用于通过控制第二驱动单元700控制第二位移台300沿Z向移动。

第一位移台200和第二位移台300具有第一配合状态，在第一配合状态下，如图3所示，探针组件100设在第二位移台300上，待测样品2000设在第一位移台200上，第一位移台200和第二位移台300在Z向相向运动。

第一位移台200的第一最大移动值小于第二位移台300的第二最大移动值，探针组件100和待测样品2000的Z向距离小于第二最大移动值。

一种探针自动进针方法，包括实施例3中的探针自动进针装置1000，包括以下步骤：

S1、激励解调单元400输出电压激励探针110以设定频率振动，对探针110的实时振幅进行解调。

S2、将探针110的实时振幅与探针110的目标振幅阈值比较。

S3、当实时振幅位于目标振幅阈值外时，激励解调单元400控制第一位移台200向上移动，使得探针110与待测样品2000之间的距离缩短。

S4、将第一位移台200的实时移动量与第一位移台200的第一最大移动值比较，探针110和待测样品2000间的实时的Z向距离与探针110和待测样品2000间的预设距离阈值比较。

S5、当实时移动量小于第一最大移动值，且Z向距离位于预设距离阈值时，控制激励解调单元400输出恒定的电压，使探针110和待测样品2000间的实时的Z向距离保持稳定，并使探针110的实时振幅保持稳定。

S6、当实时移动量等于第一最大移动值，且Z向距离位于预设距离阈值外时，激励解调单元400控制第一位移台200向下移动第一最大移动值。

S7、计算机单元500控制第二位移台300向下移动第一最大移动值，使得探针110与待测样品2000之间的距离缩短。

S8、激励解调单元400再次控制第一位移台200向上移动，并将第一位移台200的实时移动量与第一最大移动值进行比较，探针110和待测样品2000间的实时的Z向距离与预设距离阈值比较，直至实时移动量小于第一最大移动值，且Z向距离位于预设距离阈值时，激励解调单元400控制探针110在目标振幅阈值内振动。

实施例4

一种探针自动进针装置1000，探针自动进针装置1000用于探测待测样品2000，如图4所示，包括：探针组件100、第一位移台200、第二位移台300、激励解调单元400、计算机单元500、第一驱动单元600和第二驱动单元700。

其中，如图4所示，探针组件100和待测样品2000在Z向间隔设置，待测样品2000位于探针组件100的下方，激励解调单元400用于激励探针组件100振动并解调出探针组件100的实时振幅，激励解调单元400还可通过第一驱动单元600控制第一位移台200沿Z向移动。

如图4所示，计算机单元500与激励解调单元400连接，计算机单元500用于判断探针组件100的实时振幅是否位于目标振幅阈值内，并根据差值控制激励解调单元400输出控制信号以控制第一位移台200沿Z向移动，计算机单元500还用于通过控制第二驱动单元700控制第二位移台300沿Z向移动。

第一位移台200和第二位移台300具有第一配合状态，在第一配合状态下，如图4所示，探针组件100设在第一位移台200上，待测样品2000设在第二位移台300上，第一位移台200和第二位移台300在Z向相向运动。

第一位移台200的第一最大移动值小于第二位移台300的第二最大移动值，探针组件100和待测样品2000的Z向距离小于第二最大移动值。

一种探针自动进针方法，包括实施例4中的探针自动进针装置1000，包括以下步骤：

S1、激励解调单元400输出电压激励探针110以设定频率振动，对探针110的实时振幅进行解调。

S2、将探针110的实时振幅与探针110的目标振幅阈值比较。

S3、当实时振幅位于目标振幅阈值外时，激励解调单元400控制第一位移台200向下移动，使得探针110与待测样品2000之间的距离缩短。

S4、将第一位移台200的实时移动量与第一位移台200的第一最大移动值比较，探针110和待测样品2000间的实时的Z向距离与探针110和待测样品2000间的预设距离阈值比较。

S5、当实时移动量小于第一最大移动值，且Z向距离位于预设距离阈值时，控制激励解调单元400输出恒定的电压，使探针110和待测样品2000间的实时的Z向距离保持稳定，并使探针110的实时振幅保持稳定。

S6、当实时移动量等于第一最大移动值，且Z向距离位于预设距离阈值外时，激励解调单元400控制第一位移台200向上移动第一最大移动值。

S7、计算机单元500控制第二位移台300向上移动第一最大移动值，使得探针110与待测样品2000之间的距离缩短。

S8、激励解调单元400再次控制第一位移台200向下移动，并将第一位移台200的实时移动量与第一最大移动值进行比较，探针110和待测样品2000间的实时的Z向距离与预设距离阈值比较，直至实时移动量小于第一最大移动值，且Z向距离位于预设距离阈值时，激励解调单元400控制探针110在目标振幅阈值内振动。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

根据本发明实施例的探针自动进针装置1000及探针自动进针方法的其他构成例如锁相放大器的工作原理对于本领域普通技术人员而言都是已知的，这里不再详细描述。

在本说明书的描述中，参考术语“实施例”、“示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种探针自动进针装置，所述探针自动进针装置用于探测待测样品，其特征在于，包括：

探针组件，所述探针组件和所述待测样品在设定方向间隔设置，所述探针组件可相对于所述待测样品移动或振动；

第一位移台和第二位移台，所述第一位移台和所述第二位移台均可在所述设定方向移动；所述第一位移台和所述第二位移台具有第一配合状态和第二配合状态；

在所述第一配合状态下，所述第一位移台和所述第二位移台在所述设定方向相向运动，所述探针组件和所述待测样品分别设在所述第一位移台和所述第二位移台上；

在所述第二配合状态下，所述第一位移台和所述第二位移台在所述设定方向同向联动运动，所述探针组件和所述待测样品的一个设在所述第一位移台上，另一个设在固定台上；

所述第一位移台的第一最大移动值小于所述第二位移台的第二最大移动值，所述探针组件和所述待测样品的所述设定方向距离小于所述第二最大移动值。

2.根据权利要求1所述的探针自动进针装置，其特征在于，所述探针组件包括探针，所述探针移动至与所述待测样品的所述设定方向距离达到预设距离阈值时，所述探针的实时振幅位于目标振幅阈值内；所述探针与所述待测样品的所述设定方向距离大于预设距离阈值时，所述探针的实时振幅位于所述目标振幅阈值外。

3.根据权利要求2所述的探针自动进针装置，其特征在于，还包括：

激励解调单元，所述激励解调单元用于激励所述探针振动并解调出探针的实时振幅，还用于控制所述第一位移台移动；

计算机单元，所述计算机单元与所述激励解调单元连接且所述计算机单元与所述第二位移台连接，所述计算机单元用于判断所述探针的实时振幅是否位于目标振幅阈值内，并根据差值控制所述激励解调单元输出控制信号；

当所述实时振幅位于所述目标振幅阈值内，所述激励解调单元控制所述探针的振幅保持稳定；

当所述实时振幅位于所述目标振幅阈值外，所述激励解调单元控制所述第一位移台移动，和/或所述计算机单元控制所述第二位移台移动。

4.根据权利要求3所述的探针自动进针装置，其特征在于，所述第一位移台沿所述设定方向移动到所述第一最大移动值时，如果所述实时振幅位于所述目标振幅阈值外，所述第一位移台沿所述设定方向反向移动所述第一最大移动值，所述计算机单元控制所述第二位移台沿所述设定方向移动所述第一最大移动值；所述第一位移台继续沿所述设定方向移动直至所述实时振幅位于所述目标振幅阈值内。

5.根据权利要求4所述的探针自动进针装置，其特征在于，所述第一位移台沿所述设定方向移动到所述第一最大移动值时，如果所述实时振幅位于所述目标振幅阈值外，所述第一位移台沿所述设定方向反向移动所述第一最大移动值，所述计算机单元控制所述第二位移台沿所述设定方向移动所述第一最大移动值包括：

在所述第一配合状态下，所述第二位移台沿所述设定方向朝着靠近所述第一位移台移动所述第一最大移动值；

在所述第二配合状态下，所述第二位移台沿所述设定方向带动所述第一位移台朝向所述固定台移动所述第一最大移动值。

6.根据权利要求3所述的探针自动进针装置，其特征在于，还包括第一驱动单元和第二驱动单元，所述第一驱动单元分别与所述第一位移台和所述激励解调单元电连接，所述激励解调单元控制所述第一驱动单元驱动所述第一位移台移动；

所述第二驱动单元分别与所述计算机单元和所述第二位移台连接，所述计算机单元控制所述第二驱动单元驱动所述第二位移台移动。

7.根据权利要求1所述的探针自动进针装置，其特征在于，所述第一位移台为纳米位移台，所述第二位移台为微米位移台。

8.根据权利要求1所述的探针自动进针装置，其特征在于，在所述第一配合状态下，所述待测样品位于所述设定方向位置相对在下的所述第一位移台或所述第二位移台上；所述探针组件位于所述设定方向位置相对在上的所述第一位移台或所述第二位移台上；

在所述第二配合状态下，所述第一位移台位于所述第二位移台的上部，所述待测样品位于所述设定方向位置相对在下的所述固定台或所述第一位移台上；所述探针组件位于所述设定方向位置相对在上的所述固定台或所述第二位移台上。

9.一种探针自动进针方法，其特征在于，包括以下步骤：

激励解调单元输出电压激励探针以设定频率振动，对所述探针的实时振幅进行解调；

将探针的实时振幅与探针的目标振幅阈值比较；

当实时振幅位于目标振幅阈值外时，激励解调单元控制第一位移台移动并使探针与待测样品之间的距离缩短；

将第一位移台的实时移动量与第一位移台的第一最大移动值比较，所述探针和待测样品间的实时的设定方向距离与探针和待测样品间的预设距离阈值比较；

当实时移动量小于第一最大移动值，且所述设定方向距离位于预设距离阈值时，控制激励解调单元输出恒定的电压，使探针和待测样品间的实时的所述设定方向距离保持稳定，并使所述探针的实时振幅保持稳定。

10.根据权利要求9所述的探针自动进针方法，其特征在于，还包括以下步骤：

当所述实时移动量等于所述第一最大移动值，且所述设定方向距离位于所述预设距离阈值外时，所述激励解调单元控制所述第一位移台反向移动所述第一最大移动值；

计算机单元控制第二位移台移动所述第一最大移动值；

再次将第一位移台的实时移动量与第一最大移动值进行比较，所述探针和所述待测样品间的实时的所述设定方向距离与所述预设距离阈值比较，直至所述第一位移台的实时移动量小于第一最大移动值，且所述设定方向距离位于预设距离阈值时，所述激励解调单元控制所述探针在所述目标振幅阈值内振动。

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