[发明专利]一种SICM的正交幅值扫描成像模式的装置和方法

权利要求书

1.一种SICM的正交幅值扫描成像模式的装置，其特征在于包括：顺序连接的电压驱动单元、电流检测单元、机构执行单元；

电压驱动单元：用于输出交流基准电压信号，驱动电流检测单元采集探针位置；

电流检测单元：用于通过膜片钳放大器检测玻璃管电极中的电流值并转换为电压、放大输出到锁相放大器中，由锁相放大器检测与基准电压信号同频正交分量幅值反馈至机构执行单元；

机构执行单元：用于将正交分量幅值作为实测值，通过Z向和XY双向两个独立的纳米运动平台及其控制器，控制探针与样品之间的相对位置。

2.根据权利要求1所述的一种SICM的正交幅值扫描成像模式的装置，其特征在于所述电压驱动单元为信号发生器(1)。

3.根据权利要求1所述的一种SICM的正交幅值扫描成像模式的装置，其特征在于所述电流检测单元包括膜片钳放大器(2)、锁相放大器(5)、玻璃管探针(3)、参考电极(4)；

所述膜片钳放大器(2)的外电压输入端口与信号发生器(1)第一输出端口连接，探头信号端与玻璃管探针(3)连接，探头地端口与置于溶液中的参考电极(4)连接，I_monitor端口与锁相放大器(5)的信号输入端口连接；

所述锁相放大器(5)的参考信号端与信号发生器(1)第二输出端口连接，Y输出端与机构执行单元连接。

4.根据权利要求1所述的一种SICM的正交幅值扫描成像模式的装置，其特征在于所述机构执行单元包括PID控制器(6)、人机交互界面(7)、XYZ三轴纳米运动平台控制器(8)、Z向纳米运动平台(9)和XY双向纳米运动平台(10)；

所述PID控制器(6)的电压采集输入接收锁相放大器(5)的Y输出端输出的电压，设定值输入接收人机交互界面(7)输出的设定值，PID控制器(6)输出控制电压至XYZ三轴纳米运动平台控制器(8)用于闭环控制玻璃管探针的Z向运动；

所述人机交互界面(7)的X、Y、Z向控制端分别与XYZ三轴纳米运动平台控制器(8)的X、Y、Z向输入端连接，用于开环控制样品的XY方向运动和玻璃管探针的Z向运动；

所述XYZ三轴纳米运动平台控制器(8)的X、Y向输出端与XY双向纳米运动平台(10)的X、Y向输入端连接，Z向输出端与Z向纳米运动平台(9)输入端连接。

5.根据权利要求1所述的一种SICM的正交幅值扫描成像模式的方法，其特征在于包括以下步骤：

1)信号发生器(1)输出两路同频交流信号，一路通过膜片钳放大器(2)衰减后、加载在玻璃管电极(3)上作为驱动电压，另一路输入到锁相放大器(5)参考信号端；

2)由锁相放大器(5)获取膜片钳放大器(2)输出交流信号的正交分量幅 值；

3)通过调整膜片钳放大器(2)C_comp参量，使锁相放大器(5)正交分量输出幅值的初始值从800-900mV衰减至100-150mV；

4)提高信号发生器(1)输出的驱动电压，使锁相放大器(5)输出的正交分量幅值达到400-500mV；

5)由PID控制器(6)读取正交分量幅值并作为扫描成像反馈控制量，通过PID控制器(6)输出电压至XYZ三轴纳米运动平台控制器(8)中的Z向来驱动Z向纳米运动平台(9)，以保持玻璃管探针(3)与样品(11)之间距离恒定；通过人机交互界面(7)控制输出电压至XYZ三轴纳米运动平台控制器(8)中的XY向来驱动XY双向纳米运动平台(10)运动，实现样品扫描成像。

6.按权利要求5所述的一种SICM的正交幅值扫描成像模式的方法，其特征在于所述提取正交分量幅值具体为：提取与交流信号相位差为90度的幅值分量。