Работа 9. ИЗМЕРЕНИЕ УПРАВЛЯЕМОГО ПЕРЕМЕЩЕНИЯ В НАНОМЕТРОВОМ ДИАПАЗОНЕ МАТЕРИАЛОВ С ОБРАТНЫМ ПЬЕЗОЭФФЕКТОМ

1.Цель работы: Измерение зависимости величины перемещения наноэталона на базе материала с оборотным пьезоэффектом под воздействием управляющего напряжения.

2. Состав оборудования:

В лабораторной работе употребляются:

· Наноэталон на базе материала с оборотным пьезоэффектом.

· Оптический интерферометр Майкельсона.

· Электрический блок питания с регулируемым напряжением.

· Цифровой вольтметр.

· Электрическая схема управления лазером

· Компьютер

· Спец программное обеспечение.

Блок схема Работа 9. ИЗМЕРЕНИЕ УПРАВЛЯЕМОГО ПЕРЕМЕЩЕНИЯ В НАНОМЕТРОВОМ ДИАПАЗОНЕ МАТЕРИАЛОВ С ОБРАТНЫМ ПЬЕЗОЭФФЕКТОМ лабораторной установки приведена на рис.40.

Контрольные вопросы

1.Типы пьезоэффектов, физика процессов в пьезоматериалах.

2.Типы пьезоматериалов применяемых в технике и их короткое сопоставление.

3.Свойства зависимости величины перемещения от управляющего напряжения, описание гистерезиса и крипа в пьезоматериалах.

4.Наибольший спектр перемещения пьезоманипуляторов, перечисление причин ограничивающих его.

5.Измерительные устройства нанометрового спектра, интерферометр, электрический микроскоп Работа 9. ИЗМЕРЕНИЕ УПРАВЛЯЕМОГО ПЕРЕМЕЩЕНИЯ В НАНОМЕТРОВОМ ДИАПАЗОНЕ МАТЕРИАЛОВ С ОБРАТНЫМ ПЬЕЗОЭФФЕКТОМ, сканирующий зондовый микроскоп, сравнительная черта.

6.Принцип измерения перемещений при помощи интерферометра Майкельсона, главные причины действующие на точность измерений в нанометровом спектре.

7.Обработка результатов измерений приобретенных в интерферометре, метод увеличения дела сигнал/шум.

8.Типы линейных мер применяемых для калибровки в нанометровом спектре и их сопоставление.

9.Воздействие скорости проведения измерений на точность Работа 9. ИЗМЕРЕНИЕ УПРАВЛЯЕМОГО ПЕРЕМЕЩЕНИЯ В НАНОМЕТРОВОМ ДИАПАЗОНЕ МАТЕРИАЛОВ С ОБРАТНЫМ ПЬЕЗОЭФФЕКТОМ калибровки.

10.Калибровка при помощи динамических нанокалибров, описание способа и его сопоставление с калибровкой на базе статических линейных мер.

Работа разных устройств пьезоэлектроники базирована на пьезоэлектрическом эффекте, который был открыт в 1880 г. французскими учеными братьями П. Кюри и Ж. Кюри. Слово "пьезоэлектричество" значит "электричество от давления". Прямой пьезоэлектрический эффект либо Работа 9. ИЗМЕРЕНИЕ УПРАВЛЯЕМОГО ПЕРЕМЕЩЕНИЯ В НАНОМЕТРОВОМ ДИАПАЗОНЕ МАТЕРИАЛОВ С ОБРАТНЫМ ПЬЕЗОЭФФЕКТОМ просто пьезоэффект заключается в том, что при давлении на некие кристаллические тела, именуемые пьезоэлектриками, на обратных гранях этих тел появляются равные по величине, но различные по знаку электронные заряды. Если поменять направление деформации, т. е. не сжимать, а растягивать пьезоэлектрик, то заряды на гранях изменят символ на оборотный.

К пьезоэлектрикам относятся Работа 9. ИЗМЕРЕНИЕ УПРАВЛЯЕМОГО ПЕРЕМЕЩЕНИЯ В НАНОМЕТРОВОМ ДИАПАЗОНЕ МАТЕРИАЛОВ С ОБРАТНЫМ ПЬЕЗОЭФФЕКТОМ некие естественные либо искусственные кристаллы, к примеру, кварц либо сегнетова соль, также особые пьезоэлектрические материалы, к примеру, титанат бария. Не считая прямого пьезоэффекта применяется также и оборотный пьезоэффект, который заключается в том, что под действием электронного поля пьезоэлектрик сжимается либо расширяется зависимо от направления вектора напряженности Работа 9. ИЗМЕРЕНИЕ УПРАВЛЯЕМОГО ПЕРЕМЕЩЕНИЯ В НАНОМЕТРОВОМ ДИАПАЗОНЕ МАТЕРИАЛОВ С ОБРАТНЫМ ПЬЕЗОЭФФЕКТОМ поля. У кристаллических пьезоэлектриков интенсивность прямого и оборотного пьезоэффекта находится в зависимости от того, как ориентирована относительно осей кристалла механическая сила либо напряженность электронного поля. Для практических целей используют пьезоэлектрики различной формы: прямоугольные либо круглые пластинки, цилиндры, кольца. Из кристаллов такие пьезоэлементы вырезают спецефическим образом, соблюдая при всем этом Работа 9. ИЗМЕРЕНИЕ УПРАВЛЯЕМОГО ПЕРЕМЕЩЕНИЯ В НАНОМЕТРОВОМ ДИАПАЗОНЕ МАТЕРИАЛОВ С ОБРАТНЫМ ПЬЕЗОЭФФЕКТОМ ориентировку относительно осей кристалла. Пьезоэлемент помещают меж металлическими обкладками либо наносят железные пленки на обратные грани пьезоэлемента. Таким макаром, выходит конденсатор с диэлектриком из пьезоэлектрика.

Рис. 42. Блок-схема лабораторной установки

Если к такому пьезоэлементу подвести напряжение, то пьезоэлемент за счет оборотного пьезоэффекта зависимо от полярности напряжения будет сжиматься и расширяться. Данный эффект Работа 9. ИЗМЕРЕНИЕ УПРАВЛЯЕМОГО ПЕРЕМЕЩЕНИЯ В НАНОМЕТРОВОМ ДИАПАЗОНЕ МАТЕРИАЛОВ С ОБРАТНЫМ ПЬЕЗОЭФФЕКТОМ употребляется в кварцевых резонаторах, используемых для стабилизации частоты, высокоточных пьезоманипуляторах.

Относительное изменение размеров пьезоэлементов на базе пьезокерамики при подаче очень допустимого напряжения составляет 10-4 -10-3 , на базе монокристаллов - 10-5 -10-4 Перемещение разных пьезоэлектрических материалов на базе на базе пьезокерамики характеризуется рядом недочетов типа нелинейности и гистерезиса. Пьезоматериалы на базе монокристаллических материалов Работа 9. ИЗМЕРЕНИЕ УПРАВЛЯЕМОГО ПЕРЕМЕЩЕНИЯ В НАНОМЕТРОВОМ ДИАПАЗОНЕ МАТЕРИАЛОВ С ОБРАТНЫМ ПЬЕЗОЭФФЕКТОМ типа кварца, ниобата лития и других обеспечивают высокоточное перемещение без нелинейности и гистерезиса.

Передача линейного размера от образца в измерительный прибор делается методом управляемого перемещения поверхности образца на данное расстояние и измерения данного перемещения в аттестуемой установке. Определение динамических черт производится при подаче импульсного управляющего напряжения на идеал и измерении Работа 9. ИЗМЕРЕНИЕ УПРАВЛЯЕМОГО ПЕРЕМЕЩЕНИЯ В НАНОМЕТРОВОМ ДИАПАЗОНЕ МАТЕРИАЛОВ С ОБРАТНЫМ ПЬЕЗОЭФФЕКТОМ переходной свойства измеряющей системы(рис.43).

Рис.43. Фото лабораторной установки в составе ноутбука, цифрового вольтметра, блока питания с регулируемым выходным напряжением, линейного оптического интерферометра с субнанометровым разрешением

Наноэталон предназначен для передачи линейных размеров в нанометровом спектре с разрешающей способностью в сотые, прямо до тысячных толикой нанометра (пикометров) и измерения быстродействия следящих Работа 9. ИЗМЕРЕНИЕ УПРАВЛЯЕМОГО ПЕРЕМЕЩЕНИЯ В НАНОМЕТРОВОМ ДИАПАЗОНЕ МАТЕРИАЛОВ С ОБРАТНЫМ ПЬЕЗОЭФФЕКТОМ систем сканирующих зондовых микроскопов и интерферометров.

Главные области внедрения: зондовая и электрическая микроскопия, оптическая интерферометрия, химометрия, наноэлектроника, нанооптика, наномеханика, - для проведения высокоточных измерений в нанометровом спектре и сотворения устройств на базе квантоворазмерных эффектов, тестирования динамических черт систем стабилизации положения зондов и измерительных систем на базе интерферометров.

Рис 44. Конструкция Работа 9. ИЗМЕРЕНИЕ УПРАВЛЯЕМОГО ПЕРЕМЕЩЕНИЯ В НАНОМЕТРОВОМ ДИАПАЗОНЕ МАТЕРИАЛОВ С ОБРАТНЫМ ПЬЕЗОЭФФЕКТОМ и внешний облик наноэталона.

Рис.45.Применение наноэталонов в интерферометре а, б – передача линейных размеров по оси Z

Идеал обеспечивает высшую устойчивость к наружным воздействиям и может употребляться в обыденных лабораторных критериях.

Идеал представляет собой эталон, фиксируемый в тестируемом оборудовании.

Выпускаются образцы 2-х типов - обеспечивающие перемещение по нормали и по горизонтали к Работа 9. ИЗМЕРЕНИЕ УПРАВЛЯЕМОГО ПЕРЕМЕЩЕНИЯ В НАНОМЕТРОВОМ ДИАПАЗОНЕ МАТЕРИАЛОВ С ОБРАТНЫМ ПЬЕЗОЭФФЕКТОМ поверхности.

Управление перемещением наноэталона осуществляется от электрического блока с регулируемым напряжением (рис 45).

Рис.46.Электрический блок с регулируемым напряжением

Он обеспечивает:

- плавную регулировку напряжения от 0 до 1000В (контроль осуществляется наружным вольтметром);

- переключение полярности;

- автоматическое управление выходным напряжением при включении режима генерации прямоугольного импульса.

Питание блока осуществляется от USB источника(рис.47).

Рис Работа 9. ИЗМЕРЕНИЕ УПРАВЛЯЕМОГО ПЕРЕМЕЩЕНИЯ В НАНОМЕТРОВОМ ДИАПАЗОНЕ МАТЕРИАЛОВ С ОБРАТНЫМ ПЬЕЗОЭФФЕКТОМ.47.Блок питания с регулируемым выходным напряжением

Результаты измерений перемещения показываются при помощи спец программного обеспечения на дисплее компьютера рис.48.

Рис. 48. Вид экрана компьютера


rabochie-harakteristiki-dvigatelya.html
rabochie-materiali-k-zasedaniyu-federalnoj-antimonopolnoj-sluzhbi-dokumenti.html
rabochie-momenti-semki-filma.html