[发明专利]一种压电力显微镜数据读取和测量系统、装置及方法

说明书

本发明公开了一种压电力显微镜数据读取和测量系统、装置及方法，系统包括控制单元，参数设置单元，数据读取单元，数据处理单元，数据分析单元。装置包括安装所述测量系统的PC机、锁相放大器和原子力显微镜、AFM数字接入模块，原子力显微镜的一个数据输出端与锁相放大器的第一输入端连接，原子力显微镜的数字线端口与AFM数字接入模块连接，AF数字接入模块的数字接入端口与锁相放大器的第二输入端连接，锁相放大器的USB串口与PC机连接，接收测量系统传输的参数设置信号，并将采集到的数据传输到测量系统。该方法基于该系统。能够读取锁相放大器采集到的数据，并对数据进行分析，生成需要的数字图像。

技术领域

本发明属于材料测量技术领域，具体地说涉及一种压电力显微镜数据读取和测量系统、装置及方法。

背景技术

扫描探针显微镜(SPM)方法在纳米科学中得到了广泛的应用，可以对材料的形貌和表面结构进行成像。原子力显微镜(AFM)是扫描探针显微镜(SPM)的一个分支，广泛应用于物理、化学等领域。压电力显微镜也称为压电陶瓷力显微镜(PFM)是基于原子力显微镜的一个工作模式。是针对压电陶瓷力显微镜(PFM)，在多频模式和一般模式(g模式)下，通过使用MATLAB编程，以自定义的方式，锁定高频率、高采样率的信号数据，并读取出来，进行分析，以便PFM对铁电材料进行测量。

通常，SPM成像和光谱技术使用外差检测方法，使用锁相放大器。通过光电探测器收集到的信息将被缩小到一个合适的范围。通用模式(G-mode)是一种新的SPM检测方案，它可以获得探测器的全宽带响应(4～100Mhz)。

g模式检测针尖与材料表面的相互作用，最大化检测信息。这种检测方法可以充分呈现探头的响应，有利于不同频率的成像分析、噪声分析和数据压缩。

因此，目前的PFM技术需要慢速和快速测量信号的结合，但同时也限制了测量的速度、面积和分辨率。

发明内容

针对现有技术中上述的不足，本发明提供一种压电力显微镜数据读取和测量系统、装置及方法，该系统能够使锁相放大器与PC进行通信，从而实现对锁相放大器的参数设置，通过对锁相放大器的参数控制实现锁相放大器输出多频频率到AFM，从而实现AFM测量多种不同频率的调频，能够读取锁相放大器采集到的数据，并对数据进行分析，生成需要的数字图像。

为了达到上述目的，本发明采用的解决方案是：一种压电力显微镜数据读取和测量系统，包括：

控制单元，控制锁相放大器与带MATLAB的PC进行通信；

参数设置单元，用于设置锁相放大器的参数；

数据读取单元，用于读取锁相放大器记录的实验数据；

数据处理单元，用于对实验数据进行处理获得第一数字图像；

数据分析单元，用于采用优化算法对第一数字图像进行处理分析，得到优化后的第二数字图像。

所述的参数设置单元包括数据采集参数设置模块和多频信号参数设置模块，所述的数据采集参数设置模块用于设置采样参数，所述的多频信号参数设置模块用于设置多频信号参数。

所述的采样参数包括采样频率，所述的多频信号参数包括时间常数、多频振幅、中心频率和带宽。

所述的数据处理单元包括采样个数计算模块、第一数组切割模块和第一图像生成模块，所述的采样个数计算模块根据采样频率计算每个元素在单个触发信号下的采样个数，提取出需要元素的所在行与列，并生成一个二维数组；所述的第一数组切割模块将二维数组切割为三维数组；所述的第一图像生成模块根据三维数组中每个元素的数值大小映射为第一数字图像。