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应用于扫描探针显微镜的石英音叉机械模型研究

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华宝成, 钱建强, 王曦, 姚骏恩. 2011: 应用于扫描探针显微镜的石英音叉机械模型研究, 物理学报, 60(4): 108-113.
引用本文: 华宝成, 钱建强, 王曦, 姚骏恩. 2011: 应用于扫描探针显微镜的石英音叉机械模型研究, 物理学报, 60(4): 108-113.
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Hua Bao-Cheng, Qian Jian-Qiang, Wang Xi, Yao Jun-En. 2011: Mechanical model of tuning forks used in scanning probe microscopes, Acta Physica Sinica, 60(4): 108-113.
Citation: Hua Bao-Cheng, Qian Jian-Qiang, Wang Xi, Yao Jun-En. 2011: Mechanical model of tuning forks used in scanning probe microscopes, Acta Physica Sinica, 60(4): 108-113.
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应用于扫描探针显微镜的石英音叉机械模型研究

  • 北京航空航天大学仪器科学与光电工程学院,北京,100191;微纳测控与低维物理教育部重点实验室,北京,100191

  • 北京航空航天大学应用物理系,北京,100191;微纳测控与低维物理教育部重点实验室,北京,100191

Mechanical model of tuning forks used in scanning probe microscopes

  • 摘要: 石英音叉作为力传感器广泛地应用于各种扫描探针显微镜,主要涉及石英音叉的固相振动和反相振动两种振动模式.通过实验方法和有限元仿真方法对石英音叉的两种振动模式进行研究,发现石英音叉的双臂之间以及双臂与音叉的基部之间都存在耦合作用,双臂之间的耦合使音叉的反相共振频率升高,双臂与基部之间的耦合使音叉的固相共振频率降低.针对两种振动模式的动态特性建立了石英音叉的机械模型并进行合理简化.简化模型是一个四弹簧三质点系统,计算了简化模型的参数.通过一个音叉臂等效质量变化与音叉反相共振频率变化之间的定量关系证明了简化机械模型能够准确地反映石英音叉应用在扫描探针显微镜中的机械特性.
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出版历程
  • 刊出日期:  2011-04-30

应用于扫描探针显微镜的石英音叉机械模型研究

  • 北京航空航天大学仪器科学与光电工程学院,北京,100191;微纳测控与低维物理教育部重点实验室,北京,100191
  • 北京航空航天大学应用物理系,北京,100191;微纳测控与低维物理教育部重点实验室,北京,100191

摘要: 石英音叉作为力传感器广泛地应用于各种扫描探针显微镜,主要涉及石英音叉的固相振动和反相振动两种振动模式.通过实验方法和有限元仿真方法对石英音叉的两种振动模式进行研究,发现石英音叉的双臂之间以及双臂与音叉的基部之间都存在耦合作用,双臂之间的耦合使音叉的反相共振频率升高,双臂与基部之间的耦合使音叉的固相共振频率降低.针对两种振动模式的动态特性建立了石英音叉的机械模型并进行合理简化.简化模型是一个四弹簧三质点系统,计算了简化模型的参数.通过一个音叉臂等效质量变化与音叉反相共振频率变化之间的定量关系证明了简化机械模型能够准确地反映石英音叉应用在扫描探针显微镜中的机械特性.

English Abstract

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