專利名稱：用隧道效應(yīng)原理測量微位移的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種對(duì)物體微位移的測量技術(shù)，它用于測量物體的微位移或微形變，分辨率可達(dá)0.1-1nm。
現(xiàn)有的對(duì)物體微位移測量的方法，雖采用了多種傳感器，如應(yīng)變片、差動(dòng)變壓器、光柵、光纖等，但它們的分辨率都達(dá)不到1-10nm。
本發(fā)明的目的是要提出一種新的對(duì)物體微位移進(jìn)行測量的方法，解決當(dāng)前對(duì)物體微位移測量分辨率不高的問題。
本發(fā)明的任務(wù)是通過如下方式來實(shí)現(xiàn)的，根據(jù)隧道效應(yīng)原理由被測樣品、測量針尖、壓電陶瓷、電壓表、偏壓電源、放大器、樣品電極、針尖電極組成測量負(fù)反饋閉環(huán)系統(tǒng);調(diào)整測量針尖與被測樣品一端的樣品電極靠得很近(nm級(jí))，使電路形成隧道結(jié)，進(jìn)入隧道狀態(tài);由于在隧道結(jié)兩端加有偏壓電源，因而形成一定的隧道電流;該電流經(jīng)過放大器放大及電流電壓轉(zhuǎn)換，用于控制壓電陶瓷，從并聯(lián)在壓電陶瓷兩端的電壓表上，記錄電壓指示測量結(jié)果，經(jīng)過公式換算即可得到被測樣品的微位移量值。
以下結(jié)合附圖
對(duì)發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)描述附圖為利用隧道效應(yīng)對(duì)物體進(jìn)行微位移測量的電路示意圖。
參照附圖被測樣品1，一端固定，一端緊聯(lián)在樣品電極8上;測量針尖2，一端可調(diào)，一端聯(lián)接在針尖電極7上;壓電陶瓷3一個(gè)電極固定，一個(gè)電極與針尖電極7相聯(lián)，電壓表4并聯(lián)在壓電陶瓷3的兩個(gè)電極上，放大器6輸入端一端接地，一端聯(lián)接在針尖電極7上，放大器6的輸出端與壓電陶瓷3的固定電極相聯(lián)，偏壓電源5聯(lián)接在樣品電極8與地之間，構(gòu)成一個(gè)負(fù)反饋閉環(huán)系統(tǒng)。
當(dāng)被測樣品1因外因產(chǎn)生微位移(膨脹)時(shí)，樣品1與測試針尖2之間的距離就會(huì)減小，這時(shí)隧道電流就會(huì)增大，增大后的隧道電流通過放大器6放大后，控制壓電陶瓷3收縮，使被測樣品1與測試針尖2之間的距離保持不變;被測樣品位移前后，并聯(lián)在壓電陶瓷3上的電壓表4指示數(shù)是不同的，而壓電陶瓷的機(jī)電轉(zhuǎn)換系數(shù)(或壓電陶瓷靈敏度nm/v)是已知的，因此記錄電壓表4的前后指示數(shù)，求出電壓差值(△V)除以壓電陶瓷的靈敏度(nm/v)，就得到了樣品1的微位移量值。其計(jì)算公式微位移值＝ (電壓差△V)/(壓電陶瓷靈敏度nm/v)
權(quán)利要求
1.一種對(duì)物體進(jìn)行微位移的測量方法，其特征是，根據(jù)隧道效應(yīng)原理組成一個(gè)負(fù)反饋閉環(huán)測量系統(tǒng)，調(diào)整電路中的測量針尖與樣品電極靠得很近(nm級(jí))，使電路進(jìn)入隧道狀態(tài)，記錄電路中電壓指示數(shù)，求出電壓差值ΔV，經(jīng)過公式換算，即可得到被測樣品的微位移量值。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述方法，其特征是測量系統(tǒng)由被測樣品1、測量針尖2、壓電陶瓷3、電壓表4、偏壓電源5、放大器6、針尖電極7、樣品電極8組成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述方法，其特征是換算公式為微位移值＝ (電壓差△V)/(壓電陶瓷靈敏度nm/v)
全文摘要
本發(fā)明公開了一種利用隧道效應(yīng)原理，測量物體的微位移或微形變的方法。其特征是測量系統(tǒng)由被測樣品、測量針尖、壓電陶瓷、電壓表、偏壓電源、放大器等組成負(fù)反饋閉環(huán)測量系統(tǒng)。分辨率可達(dá)0.1—1nm。
文檔編號(hào)G01B7/02GK1071249SQ9210973
公開日1993年4月21日 申請(qǐng)日期1992年9月5日 優(yōu)先權(quán)日1992年9月5日
發(fā)明者李銀祥 申請(qǐng)人:武漢工業(yè)大學(xué)