專利名稱:對(duì)月球表面環(huán)境就位測(cè)量的原子力顯微鏡檢測(cè)方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種適用于月球表面環(huán)境的原子力顯微鏡就位測(cè)量方法及裝置。該就位測(cè)量檢測(cè)裝置能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)尺寸從微米直至納米量級(jí)的月壤、月巖、砂石等顆粒樣品進(jìn)行微觀形貌、大小、硬度、附著力、磨損等方面的研究分析。
背景技術(shù)：
20世紀(jì)80年代問世的原子力顯微鏡(AFM)，具有可以觀察不導(dǎo)電樣品，可在大氣、真空及液體環(huán)境條件下進(jìn)行成像觀察的優(yōu)點(diǎn)，體積小、重量輕、能耗低的特點(diǎn)。在高分子材料、納米材料及表面科學(xué)(如半導(dǎo)體材料、催化劑等)以及原子、分子操控等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。原子力顯微鏡不僅可給出樣品表面微觀形貌的直觀的三維結(jié)構(gòu)信息，而且還可探測(cè)樣品表面或界面在納米尺度上表現(xiàn)出來的物理、化學(xué)性質(zhì)，如樣品的表面硬度、粘彈性(粘附力)、摩擦學(xué)性質(zhì)、磁疇分布及表面電荷等。20世紀(jì)90年代，原子力顯微鏡已開始應(yīng)用于環(huán)境地質(zhì)領(lǐng)域中包括礦物的溶蝕、風(fēng)化現(xiàn)象等在內(nèi)的礦物表面成像觀察與結(jié)構(gòu)研究，為在納米尺度以及原子、分子高分辨成像等更高層次水平上深入直觀地探究環(huán)境微界面過程的作用機(jī)理奠定了基礎(chǔ)。
月球表面為10-14大氣壓(10-9Pa)，幾乎沒有大氣層和大氣活動(dòng)，沒有大氣的熱傳導(dǎo)，所以月球表面白天與夜晚的溫差很大，自晝溫度為130～150℃，太陽不能照射到的陰影區(qū)和夜晚期間的月球表面溫度為-180～-150℃。因此為實(shí)現(xiàn)月球表面測(cè)試分析，移動(dòng)勘察、就地取樣、現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試、數(shù)據(jù)處理和控制得到月球表面各種微米、納米尺度的物質(zhì)形貌、結(jié)構(gòu)，應(yīng)發(fā)展一種能適用于超高真空、溫度變化為-180～+150℃的月球表面特殊環(huán)境條件下工作的遙控智能原子力顯微鏡系統(tǒng)。
通過移動(dòng)勘察、就地取樣、現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試、數(shù)據(jù)處理和控制，在月球表面超高真空、高溫、低溫等環(huán)境下探測(cè)月球表面物質(zhì)的真實(shí)自然狀態(tài)；對(duì)月球表面環(huán)境下尺寸從微米直至納米量級(jí)的月壤、月巖、砂石等顆粒樣品進(jìn)行微觀形貌、尺寸、硬度、附著力、磨損等物質(zhì)形貌、結(jié)構(gòu)及性質(zhì)方面的研究分析，了解對(duì)月球車齒輪等機(jī)械運(yùn)動(dòng)部件的影響及陷入月壤的深度等，為建立月球空間站等提供必要的數(shù)據(jù)；月球表面就地分析磨去表面風(fēng)化層，探測(cè)物質(zhì)外表面與內(nèi)部的差別，避免在月球物質(zhì)帶回地球及在地表環(huán)境下制備樣品過程中帶來的污染。推動(dòng)類空間環(huán)境條件下物質(zhì)與材料的研究，深化對(duì)月巖、月壤結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)，為未來的太空物質(zhì)研究提供科學(xué)依據(jù)和方法。
在現(xiàn)有技術(shù)中，公開號(hào)CN1445790A中介紹了一種臥式原子力顯微鏡探頭，其說明書中明確的介紹了原子力顯微鏡的工作原理及其器件結(jié)構(gòu)。在公開號(hào)CN1632519A中介紹了一種安裝于原子力顯微鏡微懸臂上的位移測(cè)量裝置，該位移測(cè)量裝置采用了光學(xué)差動(dòng)式角度傳感器，其優(yōu)點(diǎn)在于擴(kuò)大了被測(cè)物體的掃描范圍。原子力顯微鏡的核心部件是由掃描與反饋控制器和光電檢測(cè)系統(tǒng)組成的探頭，所述探頭直接影響原子力顯微鏡的檢測(cè)分辨率、檢測(cè)精度、掃描范圍及信噪比等性能。所述掃描與反饋控制器一般由XYZ壓電陶瓷及樣品臺(tái)組成，所述光電檢測(cè)系統(tǒng)一般由微懸臂探頭、激光器及位置敏感元件(PSD)組成，在原子力顯微鏡中采用對(duì)微弱力極其敏感的微懸臂探頭作為力傳感器。
上述原子力顯微鏡，本身存在一些局限性，不能夠用于月球表面環(huán)境的就位測(cè)量，主要原因是掃描范圍較?。焕眉す鉁y(cè)量等外加測(cè)量裝置檢測(cè)微懸臂的形變，操作不方便，不能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)遙控測(cè)量；體積較大；采用掃描器驅(qū)動(dòng)樣品對(duì)探針掃描的工作方式，對(duì)樣品的尺寸有所限制，需要特別制備樣品；對(duì)環(huán)境溫度要求嚴(yán)格等。
我們提出一種可以對(duì)月球表面環(huán)境進(jìn)行就位測(cè)量的原子力顯微鏡檢測(cè)方法及裝置。該裝置以自感知微懸臂做為傳感器測(cè)量待測(cè)樣品和探針之間的作用力；以大范圍掃描器驅(qū)動(dòng)微懸臂探針實(shí)現(xiàn)對(duì)樣品表面的大范圍掃描；采用輕敲/相位模式獲取表面三維形貌圖像；裝置具有體積小，可自動(dòng)操作，便于攜帶，不需要特殊樣品制備，具有微懸臂探針自檢測(cè)與自動(dòng)更換功能；適應(yīng)超高真空及高低溫變化的工作環(huán)境的特點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種對(duì)月球表面環(huán)境進(jìn)行就位測(cè)量的原子力顯微鏡檢測(cè)方法及裝置，該就位測(cè)量檢測(cè)裝置的信號(hào)處理及控制系統(tǒng)主要包括以DSP為核心的控制電路，對(duì)微懸臂形變進(jìn)行檢測(cè)的精密前置放大電路及信號(hào)檢測(cè)與處理電路、反饋控制電路、圖像存儲(chǔ)電路，以及微懸臂掃描控制、微懸臂探針和樣品的粗、細(xì)逼近控制、微懸臂的振蕩控制電路；該系統(tǒng)采用自感知微懸臂，以替代傳統(tǒng)的光學(xué)檢測(cè)式微懸臂。通過檢測(cè)出微懸臂形變時(shí)其自身的電阻值或電壓值的改變，從而測(cè)量出不同微懸臂形變時(shí)輸出的不同電信號(hào)，進(jìn)而獲得樣品表面形貌。
本發(fā)明所述的一種對(duì)月球表面環(huán)境進(jìn)行就位測(cè)量的原子力顯微鏡檢測(cè)裝置，包括探頭、信號(hào)檢測(cè)與處理電路、微處理器，還包括對(duì)探頭進(jìn)行控制的控制電路和反饋控制電路。所述控制電路向探頭的三維掃描器輸出X-Y方向的電壓信號(hào)，由三維掃描器驅(qū)動(dòng)微懸臂對(duì)月球表面物質(zhì)進(jìn)行掃描，微懸臂在掃描過程中發(fā)生形變，形變量的大小由信號(hào)檢測(cè)與處理電路測(cè)得，再輸出至反饋控制電路，經(jīng)反饋控制電路送入微處理器。
所述的就位測(cè)量的原子力顯微鏡檢測(cè)裝置，其微處理器通過I/O口控制探針檢測(cè)與更換處理電路和微懸臂逼進(jìn)，微處理器通過頻率轉(zhuǎn)換器V/F輸出微懸臂振蕩信號(hào)至探頭，微處理器通過D/A轉(zhuǎn)換器輸出X-Y方向控制信號(hào)和輸出Z方向控制信號(hào)至探頭，信號(hào)檢測(cè)與處理電路輸出微懸臂的形變量大小，再經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換器至微處理器。
所述的就位測(cè)量的原子力顯微鏡檢測(cè)裝置，其就位測(cè)量的檢測(cè)方法是(A)采用自感知微懸臂作為原子力顯微鏡的力敏感元件，微懸臂形變時(shí)其自身的電阻值或產(chǎn)生的電壓值會(huì)改變，通過信號(hào)檢測(cè)與處理電路檢測(cè)微懸臂的電阻變化或電壓變化，獲得一個(gè)表征微懸臂形變量的電信號(hào)；微懸臂采用輕敲的工作模式，一壓電陶瓷片驅(qū)動(dòng)微懸臂以其共振頻率振動(dòng)；(B)以粗進(jìn)和細(xì)進(jìn)兩種功能實(shí)現(xiàn)微懸臂與月球表面物質(zhì)的逼近，粗進(jìn)和細(xì)進(jìn)分別通過控制步進(jìn)電機(jī)、控制音圈馬達(dá)等來實(shí)現(xiàn)；當(dāng)微懸臂和月球表面物質(zhì)接近到原子力顯微鏡的工作范圍，微懸臂的振幅或位相將發(fā)生改變；將該振幅或位相值的改變檢測(cè)出來，送入反饋控制電路，進(jìn)而控制三維掃描器，以保持振幅或位相為一定值；(C)通過三維掃描器控制微懸臂實(shí)現(xiàn)對(duì)月球表面物質(zhì)的X-Y向掃描，掃描范圍從0.1μm×0.1μm到800μm×800μm；(D)為了保證正常工作，微懸臂做成一維陣列式，對(duì)于樣品有一傾斜角度，對(duì)于已損壞的微懸臂探針，可進(jìn)行自動(dòng)更換。
本發(fā)明所述的就位測(cè)量的原子力顯微鏡的優(yōu)點(diǎn)在于采用自感知自檢測(cè)微懸臂，不用外加微懸臂測(cè)量裝置；采用精密前置放大及信號(hào)檢測(cè)與處理電路檢測(cè)出微懸臂形變的大??；具有微懸臂探針自檢測(cè)與自動(dòng)更換功能；儀器裝置小巧，簡(jiǎn)單；具有高的測(cè)量穩(wěn)定性和測(cè)試精度；裝置的外型尺寸小于Φ120×30；能夠適應(yīng)高低溫及超高真空環(huán)境；可以工作于月球表面環(huán)境中，實(shí)現(xiàn)對(duì)月球表面物質(zhì)的就位測(cè)量。



圖1是本發(fā)明檢測(cè)裝置的測(cè)量原理示意圖。
圖2是微處理器與其它部件的連接示意圖。
圖3是陣列式微懸臂結(jié)構(gòu)圖。
圖4是本發(fā)明檢測(cè)裝置的工作流程圖。
圖中1.微懸臂 2.陶瓷片 3.三維掃描器 4.月球表面物質(zhì) 5.控制電路 6.反饋控制電路 7.信號(hào)檢測(cè)與處理電路 8.微處理器 801.探頭檢測(cè)與更換處理電路 802.微懸臂粗逼進(jìn) 803.微懸臂振蕩信號(hào) 804.X-Y方向控制信號(hào) 805.Z向控制信號(hào)具體實(shí)施方式
下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
本發(fā)明是一種在月球表面環(huán)境進(jìn)行就位測(cè)量的原子力顯微鏡檢測(cè)方法及裝置，以壓阻式或壓電式微懸臂1作為自感知力傳感器，微懸臂1發(fā)生形變時(shí)，自身的電阻值或電壓值將改變，通過信號(hào)檢測(cè)與處理電路7，將變化的電量值檢測(cè)出即可確定微懸臂1的形變。自感知微懸臂1在壓電陶瓷片2的激勵(lì)作用下以固有諧振頻率在月球表面物質(zhì)4上輕敲振動(dòng)，微懸臂1的針尖在每一次上下振蕩的過程中，底部均與月球表面物質(zhì)4輕輕接觸。這種接觸非常短暫，不會(huì)對(duì)月球表面物質(zhì)4有損傷。當(dāng)探針接近月球表面物質(zhì)時(shí)，微懸臂1與月球表面物質(zhì)4的相互作用力使探針的振幅值及位相發(fā)生變化。控制該振幅值就可以控制探針在每次振蕩過程中與月球表面的作用力。反饋控制電路6是通過調(diào)節(jié)三維掃描器3，使其在作X-Y掃描時(shí)，根據(jù)月球表面物質(zhì)的上下起伏而上下移動(dòng)，從而使振幅值在掃描過程中保持不變。月球表面物質(zhì)每一點(diǎn)處掃描器的起伏信息由計(jì)算機(jī)記錄，經(jīng)信號(hào)轉(zhuǎn)換處理后獲得月球物質(zhì)表面形貌圖像，也可以根據(jù)相位的變化得到月球表面物質(zhì)的相位圖像，其測(cè)量原理如圖1所示。
本發(fā)明的在月球表面環(huán)境下進(jìn)行就位測(cè)量的原子力顯微鏡檢測(cè)裝置，包括探頭、信號(hào)檢測(cè)與處理電路7、微處理器8和對(duì)探頭進(jìn)行控制的控制電路5和反饋控制電路6，所述控制電路5輸出X-Y方向的電壓信號(hào)給探頭的三維掃描器3，由三維掃描器3驅(qū)動(dòng)微懸臂1對(duì)月球表面物質(zhì)4進(jìn)行掃描，微懸臂1在掃描過程中發(fā)生形變，形變量的大小由信號(hào)檢測(cè)與處理電路7測(cè)量出并輸出至反饋控制6，經(jīng)反饋控制6送入微處理器8。
本發(fā)明的進(jìn)行就位測(cè)量的原子力顯微鏡檢測(cè)裝置的檢測(cè)方法是(A)采用自感知微懸臂1作為原子力顯微鏡的力敏感元件，微懸臂1形變時(shí)其自身的電阻值或產(chǎn)生的電壓值會(huì)改變，通過信號(hào)檢測(cè)與處理電路7檢測(cè)微懸臂1的電阻變化或電壓變化，獲得一個(gè)表征微懸臂1形變量的電信號(hào)；微懸臂1采用輕敲的工作模式，壓電陶瓷片2驅(qū)動(dòng)微懸臂1以其諧振頻率振動(dòng)；(B)以粗進(jìn)和細(xì)進(jìn)兩種功能實(shí)現(xiàn)微懸臂1與月球表面物質(zhì)4的逼近，粗進(jìn)和細(xì)進(jìn)分別通過控制步進(jìn)電機(jī)、控制音圈馬達(dá)等來實(shí)現(xiàn)；當(dāng)微懸臂1和月球表面物質(zhì)4接近到原子力顯微鏡的工作范圍，微懸臂1的振幅或位相將發(fā)生改變；將該振幅或位相值的改變檢測(cè)出來，送入反饋控制電路6，進(jìn)而控制三維掃描器3，以保持振幅或位相為一定值；(C)通過三維掃描器3控制微懸臂1實(shí)現(xiàn)對(duì)月球表面物質(zhì)4的X-Y向掃描，掃描范圍從0.1μm×0.1μm到800μm×800μm；(D)為了保證正常工作，微懸臂1做成一維陣列式的，其相對(duì)于月球表面物質(zhì)4有一傾斜角度，對(duì)于微懸臂1中損壞的探針，采用探針檢測(cè)與更換系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)更換。
本發(fā)明的原子力顯微鏡檢測(cè)裝置有如下特點(diǎn)1、采用壓阻式或壓電式自感知微懸臂，以替代傳統(tǒng)的光學(xué)檢測(cè)式微懸臂。特點(diǎn)是，微懸臂形變時(shí)其自身的電阻值或電壓信號(hào)值會(huì)改變，通過檢測(cè)其電阻的或電壓的變化以檢測(cè)微懸臂的形變，不用外加檢測(cè)裝置；2、懸臂采用輕敲/相位的工作模式；3、通過控制微懸臂的掃描來實(shí)現(xiàn)原子力顯微鏡對(duì)月球表面物質(zhì)的掃描，X-Y向的最大掃描范圍可達(dá)到800μm×800μm；4、采用陣列式的微懸臂，其相對(duì)于月球表面物質(zhì)有一傾斜角度。當(dāng)用于成像的微懸臂探針損壞后，采用一特殊裝置將其清理，用緊鄰的下一個(gè)微懸臂繼續(xù)工作；5、將采集的圖像進(jìn)行存儲(chǔ)，然后發(fā)回地球；儀器的操作，完全是遙控操作，自動(dòng)完成。
本發(fā)明的就位測(cè)量的原子力顯微鏡檢測(cè)裝置能在月球表面的超高真空條件下，即真空度為10-14大氣壓(10-9Pa)下正常工作；能在月球表面溫度為-180～+150℃的條件下正常工作；能在月球表面宇宙線及太陽風(fēng)強(qiáng)輻射條件下工作，具有自檢測(cè)、自保護(hù)功能，并對(duì)元器件進(jìn)行冗余配置；能經(jīng)受火箭發(fā)射及著陸月球表面時(shí)的6g的加速度；能進(jìn)行自檢、自控、自恢復(fù)、計(jì)算機(jī)控制，能在地球上進(jìn)行遙控操作；探頭體積小于Φ120×30，重量低于500克，能耗少于10W，能作為軟著陸平臺(tái)及月球車上的有效載荷。
圖2為本發(fā)明的系統(tǒng)框圖。自感知微懸臂1輸出的變化電信號(hào)經(jīng)信號(hào)檢測(cè)與處理電路7后測(cè)量出微懸臂振動(dòng)幅度或相位的變化，由A/D轉(zhuǎn)化電路輸入到微處理器單元8。在微處理器單元8內(nèi)，進(jìn)行軟閉環(huán)PID及信號(hào)處理計(jì)算，計(jì)算量經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換后，輸出Z向控制信號(hào)805控制三維掃描器的Z向分量，以保持微懸臂振動(dòng)幅度或相位為一常值。微處理器單元8內(nèi)輸出正弦振蕩信號(hào)驅(qū)動(dòng)壓電陶瓷片2，進(jìn)而帶動(dòng)微懸臂以其諧振頻率振蕩。通過輸出一定電壓信號(hào)到三維掃描器3的X-Y向，控制微懸臂1在X-Y向掃描。
圖3為陣列式微懸臂示意圖。該陣列微懸臂1由4～10個(gè)帶針尖的自感知微懸臂探針組成。當(dāng)在月球表面物質(zhì)4上掃描時(shí)，如果一個(gè)損壞了，可以依次接著使用相鄰的下一個(gè)。
圖4為系統(tǒng)工作程序框圖。在原子力顯微鏡被放置到月球表面上后，系統(tǒng)首先進(jìn)行初始化，然后進(jìn)行系統(tǒng)自檢，在確認(rèn)一切正常后，開始對(duì)微懸臂探針進(jìn)行自檢，如果有一個(gè)探針已損壞，則對(duì)損壞探針進(jìn)行自動(dòng)更換，直到確認(rèn)微懸臂探針一切正常后，進(jìn)入工作狀態(tài)，對(duì)微懸臂探針啟動(dòng)振蕩。啟動(dòng)自動(dòng)進(jìn)針功能，實(shí)現(xiàn)微懸臂探針和月球表面物質(zhì)的逼近，進(jìn)入原子力作用范圍，在系統(tǒng)軟閉環(huán)工作狀態(tài)下，三維掃描器Z向控制微懸臂。然后系統(tǒng)進(jìn)入X-Y向掃描工作狀態(tài)。計(jì)算機(jī)采集三維掃描器的X-Y向電壓信號(hào)和Z向電壓信號(hào)，存入圖像存儲(chǔ)器，等待命令發(fā)送到月球車，再傳輸?shù)降厍颉?br>權(quán)利要求
1.一種對(duì)月球表面環(huán)境進(jìn)行就位測(cè)量的原子力顯微鏡檢測(cè)裝置，包括探頭、信號(hào)檢測(cè)與處理電路7、微處理器8，其特征在于還包括對(duì)探頭進(jìn)行控制的控制電路5和反饋控制電路6，所述控制電路5輸出X-Y方向的電壓信號(hào)給探頭的三維掃描器3，由三維掃描器3驅(qū)動(dòng)微懸臂1對(duì)月球表面物質(zhì)4進(jìn)行掃描，微懸臂1在掃描過程中發(fā)生形變，形變量的大小由信號(hào)檢測(cè)與處理電路7測(cè)量出并輸出至反饋控制電路6，經(jīng)反饋控制電路6送入微處理器8。
2.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的就位測(cè)量的原子力顯微鏡檢測(cè)裝置，其特征在于所述微處理器8通過I/O口控制探針檢測(cè)與更換處理電路801和微懸臂粗逼進(jìn)802，微處理器8通過頻率轉(zhuǎn)換器V/F輸出微懸臂振蕩信號(hào)803至探頭，微處理器8通過D/A轉(zhuǎn)換器輸出X-Y方向控制信號(hào)804和輸出Z方向控制信號(hào)805至探頭，信號(hào)檢測(cè)與處理電路7輸出微懸臂的形變量大小經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換器至微處理器8。
3.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的就位測(cè)量的原子力顯微鏡檢測(cè)裝置，其特征在于所述微處理器8選取TMS320C系列芯片，D/A轉(zhuǎn)換器芯片型號(hào)DAC8412，A/D轉(zhuǎn)換器芯片型號(hào)AD7532。
4.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的就位測(cè)量的原子力顯微鏡檢測(cè)裝置，其特征在于就位測(cè)量的檢測(cè)方法是(A)采用自感知微懸臂1作為原子力顯微鏡的力敏感元件，微懸臂1形變時(shí)其自身的電阻值或電壓信號(hào)值會(huì)改變，通過信號(hào)檢測(cè)與處理電路7檢測(cè)微懸臂1的電阻變化或電壓變化，獲得一個(gè)表征微懸臂1形變量的電信號(hào)；微懸臂1采用輕敲的工作模式，一壓電陶瓷片2驅(qū)動(dòng)微懸臂1以其共振頻率振動(dòng)；(B)以粗進(jìn)和細(xì)進(jìn)兩種功能實(shí)現(xiàn)微懸臂1與月球表面物質(zhì)4的逼近，粗進(jìn)通過控制三維掃描器3中的步進(jìn)電機(jī)實(shí)現(xiàn)，細(xì)進(jìn)由控制音圈馬達(dá)來完成；當(dāng)微懸臂1和月球表面物質(zhì)4接近到原子力顯微鏡的工作范圍，微懸臂1的振幅或位相將發(fā)生改變；將該振幅或位相的改變檢測(cè)出來，送入反饋控制電路6，進(jìn)而控制三維掃描器3，以保持振幅或位相為一定值；(C)通過三維掃描器3控制微懸臂1實(shí)現(xiàn)對(duì)月球表面物質(zhì)4的X-Y向掃描，掃描范圍從0.1μm×0.1μm到800μm×800μm；(D)為了保證正常工作，微懸臂1做成一維陣列式的，其相對(duì)于月球表面物質(zhì)4有一傾斜角度，對(duì)于微懸臂1中損壞的探針，采用探針檢測(cè)與更換系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)更換。
5.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的就位測(cè)量的原子力顯微鏡檢測(cè)裝置，其特征在于能在月球表面的超高真空條件下，即真空度為10-14大氣壓(10-9Pa)下正常工作。
6.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的就位測(cè)量的原子力顯微鏡檢測(cè)裝置，其特征在于能在月球表面溫度為-180～+150℃的條件下正常工作。
7.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的就位測(cè)量的原子力顯微鏡檢測(cè)裝置，其特征在于能在月球表面宇宙線及太陽風(fēng)強(qiáng)輻射條件下工作，具有自檢測(cè)、自保護(hù)功能，并對(duì)元器件進(jìn)行冗余配置。
8.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的就位測(cè)量的原子力顯微鏡檢測(cè)裝置，其特征在于能經(jīng)受火箭發(fā)射及著陸月球表面時(shí)的6g的加速度。
9.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的就位測(cè)量的原子力顯微鏡檢測(cè)裝置，其特征在于能進(jìn)行自檢、自控、自恢復(fù)、計(jì)算機(jī)控制，能在地球上進(jìn)行遙控操作。
10.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的就位測(cè)量的原子力顯微鏡檢測(cè)裝置，其特征在于探頭體積小于Φ120×30，重量低于500克，能耗少于10W，能作為軟著陸平臺(tái)及月球車上的有效載荷。
專利摘要
本發(fā)明公開了一種對(duì)月球表面環(huán)境進(jìn)行就位測(cè)量的原子力顯微鏡檢測(cè)方法及其裝置，包括探頭、信號(hào)檢測(cè)與處理電路、微處理器，還包括對(duì)探頭進(jìn)行控制的控制電路和反饋控制電路，所述控制電路向探頭的三維掃描器輸出X－Y方向的電壓信號(hào)，由三維掃描器驅(qū)動(dòng)微懸臂探針對(duì)月球表面物質(zhì)進(jìn)行掃描，微懸臂在掃描過程中發(fā)生形變，形變量的大小由信號(hào)檢測(cè)與處理電路測(cè)得，再輸出至反饋控制電路，經(jīng)反饋控制電路送入微處理器。本發(fā)明采用自感知微懸臂，其形變量的測(cè)量由精密前置放大及信號(hào)檢測(cè)與處理電路實(shí)現(xiàn)；采用陣列式微懸臂并有對(duì)已損壞微懸臂探針進(jìn)行自檢測(cè)和自動(dòng)置換的功能；以大范圍掃描器驅(qū)動(dòng)微懸臂探針實(shí)現(xiàn)對(duì)月球表面物質(zhì)的大范圍掃描；采用輕敲/相位模式獲取月球表面物質(zhì)三維形貌圖像；裝置體積小，可自動(dòng)操作；能夠適應(yīng)超高真空及高低溫變化的工作環(huán)境。
文檔編號(hào)G01Q60/24GKCN1821743SQ200610065831
公開日2006年8月23日 申請(qǐng)日期2006年3月27日
發(fā)明者姚駿恩, 陳強(qiáng), 錢建強(qiáng) 申請(qǐng)人:北京航空航天大學(xué)導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan