题目：特殊环境下扫描探针显微镜小型化的研究

扫描探针显微镜是进行纳米技术研究的主要工具。为配合我国探月计划的实施，需要研制可由月球车搭载的用以分析高精细月球样品的现场智能原子力显微镜。按照月球车搭载的要求和月球表面的环境条件，智能原子力显微镜需要具有耐高低温，耐高冲击，嵌入式，小型化，高速扫描等特殊需求。这些特殊需求往往是一般常规设计的扫描探针显微镜所不能胜任的，需要从各个方面重新优化设计。 课题在原有通用型扫描探针显微镜基础上，考虑特殊环境需求，对一些脆弱的不适合特殊环境要求的环节进行重新设计。原有扫描探针显微镜探针臂受力检测采用光学方法，这种方法存在体积大、信号提取处理复杂、抗干扰差、不易调理、不便携带等缺点，本系统将其改进为石英晶体探针振幅检测方式；原有探针扫描闭环控制系统采用硬件实现，使用元器件较多，线路复杂，对电磁干扰非常敏感，可靠性低，本系统则采用软件PID控制，既减少了电容、电感和运算放大器等外围器件，又提高了控制精度；本系统还对12位A/D和16位D/A芯片重新设计，提高了系统的扫描精度；通过在嵌入式操作系统DSP/BIOS平台上进行DSP软件的开发，实现了软件系统的模块化并提高了软件开发速度。 系统调试表明：扫描探针显微镜小型化的设计能够达到预期设计目标，经过进一步改进和优化，完全可以实现由航天器携带，并且具有较高的稳定性和分辨率。