Измерение сверхмалых масс
Дипломная работа - Физика
Другие дипломы по предмету Физика
? кантилевера прикрепилось множество микроскопических объектов. Как видно из рисунка 32, эти микрообъекты слабо связаны с кантилевером и было предположено, что в процессе измерений они будут отделяться от кантилевера. Данное предположение получило экспериментальное подтверждение.
Другие методы прикрепления дополнительной массы в настоящей работе не применялись. Однако, следует отметить, что использование микро- и нано - манипуляторов, FIB-систем, специализированных систем напыления и др. позволило бы произвести калибровку, определить предел детектирования измерительной системы.
4.2.4 Исследование малых колебаний микрообъектов с прикрепленной массой
Детектирование малых колебаний кантилеверов с прикрепленной массой осуществлялось с помощью экспериментальной установки, изображенной на рисунке 8. Возбуждения собственных колебаний кантилевера осуществлялось с помощью импульсного лазера Quantel Ultra Diamond. Энергия импульса составляла 0,8-1,5 мДж, мощность излучения ИК-лазера в объектном пучке интерферометра 12 мВт, а мощность отраженного от объекта излучения не более 0,2 мВт. Объектный пучок, а так же излучение импульсного лазера фокусировалось на свободном конце кантилевера.
Изменение интенсивности объектного пучка фиксировались фотоприемником. Сигнал с фотоприемника поступал в осциллограф. Синхронизация сигнала осуществлялась по лазерному импульсу. Характерный вид осциллограммы принимаемого сигнала для кантилевера C8 показан на рисунке 33. Время записи сигнала составляла 200 мс, частота дискретизации отсчетов в секунду. Подбор данных параметров записи осциллограмм ограничен глубиной памяти использованного осциллографа, которая составляла 128Mb. Обработка сигнала заключалась в построении Фурье спектра и аппроксимации пика, соответствующего собственным колебаниям кантилевера. Обработка данных производилась в специализированном программном пакете OriginPro 8.
На Фурье спектре принимаемого сигнала хорошо виден пик, соответствующий собственным колебаниям кантилевера. Ширина пика 272 Гц (на уровне 50%), значение собственной частоты после аппроксимация 174860,51,5 Гц. Среднеквадратичная ошибка определения частоты собственных колебаний кантилевера составила 5 Гц.
Аппроксимация пика на Фурье спектре сигнала производилась амплитудной функцией Гаусса методом последовательных приближений.
, (20)
где - нулевой уровень Фурье спектра, A - амплитуда пика, - положение пика, - полуширина пика.
4.3 Автоматизация перемещения и сбора данных
4.3.2 Программа Motor Control for 8DCMC1
Так как исследуемые образцы и объектный пучок имели малый размер, перемещение исследуемых образцов относительно объектного пучка осуществлялось с помощью автоматизированной системы нанопозиционирования. Автоматизация перемещения, сбор и обработка данных, полученных с анолого-цифрового преобразователя (АЦП), осуществлялось с помощью специально разработанного программно-аппаратного комплекса.
Применение данного комплекса позволило осуществлять перемещение с точностью до 20 нм и со скоростью до 0,5 мм/с. Сбор данных, их обработка и запись в заданный файл происходило автоматически с помощью одной программы.
Программа имеет простой и интуитивно понятный интерфейс. В одном диалоговом окне можно не только управлять передвижением (поле MR), но и задавать различные параметры передвижения (поля Set options), рабочие директории (Data exchange) и другие параметры. Для использования дополнительных возможностей нано-трансляторов имеются специальные поля для обмена текстовой информацией с контроллером (окна Send Data, Recive Data).
Некоторые громоздкие функции и процедуры, например взаимодействие программы с COM портом компьютера для передачи данных в контроллер, были реализованы в специализированной библиотеке SerialGate.dll. Таким образом, передача некоторой строки данных сводилась к действию объекта, реализованного в библиотеке SerialGate.dll, над передаваемой в контроллер строковой переменной.
Основным назначением данной программы является двумерное сканирование выбранной области пространства, реализованное в специальной функции 2D Scan.
Для выполнения сканирования наиболее часто используется схема, при которой для каждой точки записывается положения транслятора и значение сигнала на АЦП. Время получения ответа от используемых трансляторов о текущем положении составляла не менее 150 мс. Так для сканирования области 200Ч200 точек потребовалось бы не менее 200 минут, поэтому в работе использована другая схема сбора данных.
Рассмотри блок схему передвижения отдельного нано-транслятора (Рисунок 43) при выполнении функции 2D Scan с записью оцифрованных данных в файл.
После выбора активного транслятора каждый раз перед началом работы передается команда ON, которая включает и фиксирует шаговый двигатель, после этого для определения готовности двигателя и проверки правильности работы контроллера считывается текущее положение транслятора посредством передачи команды TP. Как только значение текущей позиции транслятора получено, в контроллер записывается значения параметров передвижения: скорости и ускорения. После передачи команды о начале движения программа запоминает первую позицию в данных, поступающих с АЦП. Пока транслятор осуществляет движение, с периодичностью 200 мс происходит запрос текущей позиции транслятора и ее сравнение с разрешенным интервалом. В слу