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研究生: 王嘉德
Chai-De Wang
論文名稱: 壓電音叉式原子力顯微鏡之模型建構與控制
指導教授: 葉廷仁
Ting-Jen Yeh
口試委員:
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 工學院 - 動力機械工程學系
Department of Power Mechanical Engineering
論文出版年: 2004
畢業學年度: 92
語文別: 中文
論文頁數: 83
中文關鍵詞: 原子力顯微鏡掃描探針顯微鏡懸臂樑壓電致動器壓電雙晶片壓電音叉壓電效應
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  • 原子力顯微鏡(Atomic Force Microscopy,AFM)為奈米時代的一項重要量測工具。其主要的操作機制是利用光槓桿方式來量測一微小探針與樣品之間各種作用力的變化,藉以獲得高解析度的表面形貌圖。雖然此種光槓桿感測方式的靈敏度高,但是卻有調整與校正程序繁瑣的缺點,因此本研究主要的目的是利用可以同時執行致動與感測功能的壓電音叉式探針來取代光槓桿的感測方法,建立一簡便的原子力顯微鏡。在本論文中,吾人利用對壓電音叉式探針的模型建構,來探討音叉式探針的操作動態;並利用系統等效彈簧係數的改變來探討原子力的影響,最後設計具有強健性的控制器取代需要參數調整的PI控制器。


    摘 要 I 誌謝辭 II 目 錄 III 圖目錄 V 第一章 緒論 1 1.1. 研究動機與目的 1 1.2. 文獻回顧 2 1.3. 論文大綱 3 第二章 原子力顯微鏡簡介 4 2.1. 原理介紹 4 2.2. 操作模式 5 2.3. 基本元件介紹 8 2.4. 壓電音叉式探針簡介 11 第三章 壓電音叉式探針模型建構 16 3.1. 壓電雙晶片推導 16 3.2. 有限元素軟體模態分析 25 3.3. 音叉模型建立 27 3.4. 原子力的探討 34 第四章 實作架構介紹 43 4.1. 機構設計 43 4.2. 探針頻率響應 45 4.3.1. 電機領域 45 4.3.2. 機械領域 46 4.3. 控制迴路與系統鑑別 48 第五章 LQG\LTR回授控制器設計 58 5.1. LQG\LTR控制器設計方法 58 5.2. 原子力顯微鏡回授控制器設計 61 5.3. 實驗結果 67 第六章 結論 75 6.1. 本文貢獻 75 6.2. 未來研究 75 參考文獻 77 附錄A[16] 80 附錄B 83

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