微米尺度下界面力的动静态光学测量系统及其测量方法技术方案

本发明专利技术公开了一种微米尺度下界面力的动静态光学测量系统及其测量方法，该系统包括微米探头模块、准直光路模块、信号调理电路、上位机采集处理模块以及高精度位移驱动模块，该系统的探针针尖在微米量级，采用一种接触式谐振探头的测量结构，利用光杠杆原理的光学测量方法，能够准确测量探针尖端与被测表面间的界面力压电信号，获得微米尺度下的界面力电压

【技术实现步骤摘要】
微米尺度下界面力的动静态光学测量系统及其测量方法


[0001]本专利技术涉及微纳测量和界面微观相互作用力，具体来说是一种微米尺度下基于接触式谐振微米探头研究界面力的动静态光学测量系统及其测量方法。

技术介绍

[0002]随着科学技术的发展，微纳米精密检测技术已经成为当前科学研究的一个热门领域，极大程度地促进了微纳尺度上新型结构的加工和新材料的发展。为了实现对微纳尺寸结构的精确测量，借助各种微探针和传感原理的测量系统被研制出来，可实现纳米级的精度测量。而研究表明，当微纳测头的尺度达到微米级或纳米级时，测头与被测表面间的界面微观相互作用力便会对测头产生显著影响。此时，探针尖端与被测表面间主要受界面效应影响，而非重力或者引力，这也导致微结构体之间的界面效应在科学研究中变得越来越重要。
[0003]在微观相互作用力领域，界面力的相关理论经过不断发展和完善，如今被多数学者接受的解释是界面力即源于两个临界接触的表面产生的相互吸引或相互排斥的作用力。因此，当微探针针尖与微器件表面即将发生接触时，测头尖端与被测表面间的界面力影响将不可忽略，这些力包含了本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种微米尺度下界面力的动静态光学测量系统，其特征在于，包括：微米探头模块、准直光路模块、信号调理电路(11)、上位机采集处理模块以及高精度位移驱动模块；所述微米探头模块，包括：探针测头(1)、柔性簧片(2)、反射镜、3D打印测头支架(3)、PI压电陶瓷环(4)、信号发生器(5)；所述探针测头(1)通过金属胶与所述柔性簧片(2)的中心处垂直相连；在所述柔性簧片(2)的中心处上方设置有反射镜；所述柔性簧片(2)上蚀刻有四个小孔，并通过螺钉螺母固定在所述3D打印测头支架(3)下端的外接圈上，所述3D打印测头支架(3)下端为均等的四面镂空结构，以便准直光路激光光线斜方向射入射出；所述PI压电陶瓷环(4)嵌入固定在所述3D打印测头支架(3)的上端，并由所述信号发生器(5)提供正弦激励信号；所述准直光路模块，包括：单波长泵浦激光器(6)、三个K9双凸透镜、四象限光电探测器(10)；所述单波长泵浦激光器(6)与第一K9双凸透镜(7)同轴固定在3D打印测头支架(3)的一侧；第二K9双凸透镜(8)、第三K9双凸透镜(9)与所述四象限光电探测器(10)同轴固定在所述3D打印测头支架(3)的另一侧；所述信号调理电路(11)的输入端与所述四象限光电探测器(10)的输出端连接；所述上位机采集处理模块，包括：数据采集卡(12)、计算机(13)；所述信号调理电路(11)通过所述数据采集卡(12)连接至所述计算机(13)；所述高精度位移驱动模块，包括：压电陶瓷驱动器(14)、PZT压电陶瓷台(15)、三维精密微动台(16)；所述三维精密微动台(16)上固定连接有所述PZT压电陶瓷台(15)；所述PZT压电陶瓷台(15)上设置有被测表面，且所述被测表面正对于所述被测表面的下方；所述PZT压电陶瓷台(15)与所述压电陶瓷驱动器(14)连接；所述压电陶瓷驱动器(14)的输入端与所述计算机(13)连接；由所述信号发生器(5)为所述PI压电陶瓷环(4)提供正弦激励信号使其振动，从而使得所述柔性簧片(2)带动所述探针测头(1)做谐振运动，并在接近所述被测表面过程中，产生界面微观相互作用力；所述单波长泵浦激光器(6)发射的激光光线经所述第一K9双凸透镜(7)的聚焦，在所述柔性簧片(2)中心处上方的反射镜上发生反射后，通过第二K9双凸透镜(8)使得反射的发散激光光线...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘芳芳，周伟，周何银，刘心阳，冉鑫，李红莉，夏豪杰，
申请(专利权)人：合肥工业大学，
类型：发明
国别省市：