扫描探针显微镜中压电执行器模型参数标定和非线性校正方法

摘要

本发明涉及一种扫描探针显微镜中的压电执行器参数标定和非线性校正方法。本发明提出的方法是：(1)扫描标准光栅样品，获得其SPM图像；(2)利用压电执行器模型参数标定软件获取压电执行器模型参数，(3)进行非线性在线校正前的数据转换，(4)在线进行非线性校正。本发明基于标准光栅样品SPM图像的压电执行器模型参数标定软件，以获得压电执行器模型参数，进行压电执行器非线性校正，消除SPM图像特征扭曲，并大为降低SPM产品标定的复杂程度。

主权项

1.一种扫描探针显微镜中的压电执行器模型参数标定和非线性校正方法，其特征在于，具体实现步骤如下：a.利用待标定的扫描探针显微镜SPM获取一维或二维标准光栅样品的SPM图像；b.利用压电执行器模型参数标定软件获取压电执行器模型参数，其步骤为：a).读取一维或二维标准样品的SPM图像文件，获取图像扫描参数，从而推算出扫描过程中x、y方向压电执行器的输入，即驱动电压序列；b).借助鼠标操作，选择一维标准光栅图像中的行或列或二维标准光栅图像光栅格点；c).根据用户输入的一维标准光栅相邻两条纹的物理间距或二维标准光栅相邻两网格点物理间距，软件执行运算，获取x、y方向压电执行器的输出，即形变量序列；d).基于所获得的x、y方向压电执行器的输入，即驱动电压序列和输出，即形变量序列，及其模型结构，模型结构为：x方向压电执行器采用多项式，y方向压电执行器采用回滞非线性模型，然后分别采用最小二乘法和自适应范围DNA软计算方法，建立x、y方向压电执行器模型，并将模型参数存储到文件adjust.bin中；c.基于x、y方向压电执行器模型，实现非线性在线校正前的数据转换，其步骤为：a).上位机软件读取文件adjust.bin，获取x、y方向压电执行器模型参数；b).将用户设定的当前扫描范围带入x、y方向压电执行器模型中，计算出x、y方向实际驱动压电输出范围；c).读取扫描频率f、采样周期ET、采用点数p参数，分别计算x、y方向实际控制步骤，计算公式如下：Sdspx+＝1/(2*f*ET)＝106/(32*f)，Sdspx-＝0，Sdspy+＝Sdspx+*2*p，Sdspy-＝0；d).计算DSP输出的x、y方向扫描电压上下限；e).将两组模型参数，即所述的x、y方向压电执行器模型参数，进行数制转换，并下传DSP控制器；在DSP中执行如下三步，在线实现非线性校正，其步骤为：(a).读取x、y方向上初始扫描电压xscan(0)，yscan(0)，并输出到压电执行机构；(b).读取模型参数；(c).根据得到的模型参数分别计算x、y方向下一步的步进驱动电压增量xscan(n)，yscan(n)，然后输出到电压执行机构，驱动探针在样品表面作二维运动；循环执行步骤(b)-(c)，直至完成整个扫描过程。