【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种微悬臂品质因数控制电路，特别涉及扫描探针显微镜探针的微悬臂品质因数控制电路，属于微纳检测。主要适用于扫描探针显微镜、纳米化学等精密测量领域。
技术介绍
1、微悬臂梁是一种常见的微纳传感器，被广泛应用于原子力显微镜、静电力显微镜和磁力显微镜等扫描探针显微镜中，作为扫描成像的探针。微悬臂梁品质因数是衡量扫描探针显微镜探针振动特性的重要物理量，直接影响扫描探针显微镜的成像能力。微悬臂梁的品质因数与它工作环境的阻尼成反比，它的定义为q＝mω/γ，其中m是微悬臂梁的有效质量，ω是微悬臂梁的共振频率，γ是微悬臂梁与周围环境的系统阻尼系数。比如当探针工作在空气或溶液中时，所受的阻尼较大，探针微悬臂梁的品质因数会变小，探针的灵敏度降低，对样品细节的成像能力变差。比如当探针工作在真空中时，所受的阻尼较小，微悬臂梁的品质因数会变大，探针的灵敏度会提高，成像的分辨率提高，但是悬臂梁的品质因数过高，会导致探针成像时的稳定性变差，需要更长的时间使探针恢复到稳定成像状态，极大降低了显微镜的成像速度。所以为了使显微镜探针工作在最佳状态，常需要通过品质因数控制电路对微悬臂梁的品质因数进行调控。
2、实现品质因数调控通常是在外部激励信号的基础上，给微悬臂梁另加上一个反馈激励信号，使微悬臂梁工作在共振频率附近。常用的微悬臂梁品质因数控制电路主要分为两种：模拟式品质因数控制电路和数字式品质因数控制电路。模拟式品质因数控制电路常通改变反馈电阻的阻值或反馈电容的容值对反馈信号的增益和相位进行调节，从而改变微悬臂梁品质因数的值，但这种方法通常
3、基于上述因素，本专利技术提出一种用于微悬臂梁的数字式模拟品质因数控制电路，该品质因数控制电路兼具有低噪音、高精度、高带宽和便于调控的优点，极大提高了微悬臂梁品质因数控制电路的实用性。
技术实现思路
1、为了解决现有微悬臂梁品质因数控制电路中存在的问题，本专利技术提出一种用于微悬臂梁的数字式模拟品质因数控制电路。
2、本专利技术的技术方案是：一种用于微悬臂梁的数字式模拟品质因数控制电路，其特征在于，包括主控单元、隔离电路、数字控制的模拟比例电路、数字控制的模拟移相电路，加法电路和前置放大电路；所述的前置放大电路用于放大微悬臂梁的振动信号，所述的数字控制的模拟比例电路用于对前置放大电路输出的模拟信号进行线性放大或缩小，所述的数字控制的模拟移相电路用于对经过前置放大电路和数字控制的模拟比例电路调理过的微悬臂梁的振动信号进行移相，所述的主控单元用于对数字控制的模拟比例电路的放大倍数以及数字控制的模拟移相电路的移相大小进行调控，所述的隔离电路用于将主控单元输出的数字控制信号转换为相应的模拟信号并且隔离数字电路和模拟电路，所述的加法电路对移相后的微悬臂梁的振动信号和微悬臂梁原始驱动信号相加并且驱动微悬臂梁进行振动。
3、所述的数字控制的模拟比例电路包括乘法型数模转换器和乘法型数模转换器的驱动电路，该乘法型数模转换器的数字io口与隔离电路输出端相连、模拟参考电压输入口与前置放大电路的输出端相连，并且该乘法型数模转换器内部具有可变电阻网络，该可变电阻网络的电阻值可以通过乘法型数模转换器的数字io口输入的数字量的大小进行调控。
4、所述的数字控制的模拟比例电路的输出电压与输入电压的比值由主控单元输出的数字量控制。
5、所述的数字控制的模拟移相电路包括乘法型数模转换器、运算放大器、移相电容和匹配电阻，该乘法型数模转换器的数字io口与隔离电路输出端相连、模拟参考电压输入口与数字控制的模拟比例电路的输出端相连。
6、所述的数字控制的模拟移相电路的乘法型数模转换器内部具有可变电阻网络，该可变电阻网络的电阻值可以通过它的数字io口输入的数字量的大小进行调控，并且该可变电阻网络与移相电容的比例决定电路信号移相的大小。
7、所述的数字控制的模拟移相电路的输出信号与输入信号的相移的大小由主控单元输出的数字量控制。
8、所述的隔离电路包括光电耦合器和光电耦合器的驱动电路，所述的隔离电路的输入端与主控单元的数字io口相连、输出端与乘法型数模转换器的数字io口相连。
9、本专利技术具有如下优点：首先，本专利技术的数字式模拟品质因数控制电路实现对微悬臂梁品质因数的调控，相较于传统的模拟品质因数控制电路，其调节速度更快、准确性更高，并且减少了滑阻热漂移特性对电路的影响；相较于传统的数字品质因数控制电路，其成本更低、噪声更小、调节速度更快。
10、它兼具有传统数字品质因数控制电路的灵活调控和传统模拟式品质因数控制电路的低噪音、高精度和高带宽的优点。
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1.一种用于微悬臂梁的数字式模拟品质因数控制电路，其特征在于，包括主控单元、隔离电路、数字控制的模拟比例电路、数字控制的模拟移相电路、加法电路和前置放大电路；所述的前置放大电路用于放大微悬臂梁的振动信号，所述的数字控制的模拟比例电路包括乘法型数模转换器和乘法型数模转换器的驱动电路，用于对前置放大电路输出的模拟信号进行线性放大或缩小，所述的数字控制的模拟移相电路包括乘法型数模转换器、运算放大器、移相电容和匹配电阻，用于对经过前置放大电路和数字控制的模拟比例电路调理过的微悬臂梁的振动信号进行移相，所述的主控单元用于对数字控制的模拟比例电路的放大倍数以及数字控制的模拟移相电路移相的大小进行调控，所述的隔离电路用于将数字主控单元输出的数字控制信号转换为相应的模拟信号并且隔离数字电路和模拟电路，所述的加法电路对移相后的微悬臂梁的振动信号和微悬臂梁原始驱动信号相加并且驱动微悬臂梁进行振动。
2.根据权利要求1所述的一种用于微悬臂梁的数字式模拟品质因数控制电路，其特征在于，所述的隔离电路包括光电耦合器和光电耦合器的驱动电路，所述的隔离驱动电路的输入端与数字主控单元的数字IO相连，输
3.根据权利要求1所述的一种用于微悬臂梁的数字式模拟品质因数控制电路，其特征在于，所述的乘法型数模转换器内部具有可变电阻网络，并且该可变电阻网络的电阻值可以通过它的数字IO口输入的数字量的大小进行调控。
4.根据权利要求1所述的一种用于微悬臂梁的数字式模拟品质因数控制电路，其特征在于，所述的乘法型数模转换器的数字IO口与所述的隔离电路输出端相连，模拟参考电压输入口与前置放大电路的输出端相连。
...【技术特征摘要】
1.一种用于微悬臂梁的数字式模拟品质因数控制电路，其特征在于，包括主控单元、隔离电路、数字控制的模拟比例电路、数字控制的模拟移相电路、加法电路和前置放大电路；所述的前置放大电路用于放大微悬臂梁的振动信号，所述的数字控制的模拟比例电路包括乘法型数模转换器和乘法型数模转换器的驱动电路，用于对前置放大电路输出的模拟信号进行线性放大或缩小，所述的数字控制的模拟移相电路包括乘法型数模转换器、运算放大器、移相电容和匹配电阻，用于对经过前置放大电路和数字控制的模拟比例电路调理过的微悬臂梁的振动信号进行移相，所述的主控单元用于对数字控制的模拟比例电路的放大倍数以及数字控制的模拟移相电路移相的大小进行调控，所述的隔离电路用于将数字主控单元输出的数字控制信号转换为相应的模拟信号并且隔离数字电路和模拟电路，所述的加法电路对移相后的微悬臂梁的...
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