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基于各种压电陶瓷结构的扫描器是原子力显微镜(AFM)的核心部件,其性能直接决定着原子力显微镜的性能优劣。传统的压电陶瓷管式扫描器普遍具有扫描速度慢的缺点,其主要原因就是扫描器中的压电陶瓷管的固有频率较低,但改变设计结构使固有频率提高后,其扫描范围会受到极大影响。近年来,由于半导体检测行业以及生物领域研究不断深入,对于能够实现高速大范围扫描检测的AFM的需求变得越来越突出。基于柔性铰链和柔性梁结构的纳米位移台式的平板扫描器的应用逐渐出现,但是通常的柔性铰链结构的纳米位移台同样存在大的扫描范围和快的扫描速度的矛盾。 对于扫描速度和扫描范围这两大主要的、相互制约的性能指标,本文将在参考前人研究成果基础之上,利用理论和有限元分析方法,合理设计具有两个自由度的微纳定位平台,使之能够做到二者间的良好折衷。为获得较好的扫描图像,在设计过程中也要兼顾轴间耦合的影响。设计目标为行程:50um×50um;固有频率>1kHz;轴间耦合率<5%。 微纳定位平台为实现精密定位,一般采用柔性传导机构。首先,本文对柔性铰链和柔性梁两种柔性构件进行了理论分析,探讨其受力和输出位移的关系以及其自身固有频率,接着用有限元方法进行仿真分析,比较两种柔性构件的优劣,选取适合本文需要的柔性构件。 然后,在柔性构件的基础之上设计三种柔性传动结构和两种位移放大结构并进行有限元仿真分析,经比较后选取性能最优的位移传动结构和放大结构搭建微纳定位平台。 第三,对微纳定位平台整体设计方案进行有限元分析,在细节上合理优化后确定最终设计方案,并进行加工制造。 最后,对微纳定位平台实物进行实验,实验结果达到了我们的设计要求。针对在实验中出现的问题,拟定下一步的完善方案。