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题目：
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雅宝题库解析：
太空环境原位测量技术即通过就地取样、现场测试得到样品在实际太空环境中物质结构及性质信息，是现代太空物质研究中最重要的测试分析方法之一，也是欧美国家在行星物质研究领域的重点课题。太空环境原子力显微镜原位观测技术，是太空环境原位测量技术的重要组成部分，将对太空物质的研究从望远镜遥控遥测扩展到显微镜就位微观测试，对于人类真实、完整、准确地了解太空物质及其性质具有重要意义。本文针对太空环境原子力显微镜所呈现出的若干关键题目开展研究。工作包括以高性能微处理器为核心搭建了原子力显微镜控制系统硬件平台，移植了强实时嵌入式操作系统内核μC/OS-II，构建了火星原子力显微镜控制器，实现了接触模式、轻敲/相位模式和频率调制模式成像和接触模式力曲线功能。设计研制了基于PC/104 总线的高速、低功耗的信号采集处理模块，开发了低电压供电的压电扫描器扫描驱动模块，实现了压电陶瓷扫描器在低电压条件下的大范围扫描成像。整套硬件系统的功耗不到传统原子力显微镜的十分之一。设计了实现反馈参数自动优化调整的PID 参数寻优算法，实验结果表明可以有效地实现扫反馈参数自主优化选择。提出了扫描图像的自动选区技术，研究了如何根据给定的原子力显微镜图像自动提取最具扫描价值的子区域。确定了基于标准差和离散余弦变化压缩的算法原理与区域游走模式相结合的方法。实现了自动根据扫描图像信息确定进一步扫描的区域。提出了一种新型的针对压电陶瓷管扫描器非线性的自动校正方法。在建立了压电陶瓷迟滞特性模型的基础上从畸变的电压-位移曲线的正反方向扫描中提取相同的特征点，计算出电压-位移的三次拟合畸变因子，从而实现对误差的校正。原创性地提出了一种基于逐次模板匹配的自动定位算法，较好地解决对正反扫描线相同特征点获取的难题。这些技术的实践表明，其可以应用于原子力显微镜扫描器的自主校正。传统的原子力显微镜只能对样品表面形貌进行成像，作用单一，限制了它在各种领域的应用。本文基于探针的Euler-Bernoulli 模型，利用傅立叶分析的方法得到了探针运动与探针样品间相互作用之间的关系表达式。理论上证明了通过记录探针运动的高次谐波信息，可以实现在扫描样品形成表面形貌像的同时获得样品表面硬度、粘弹性、表面能等多种信息。配合其他的辅助手段可以部分地区分样品局域成分差异，拓展了原子力显微镜在深空探测中的作用。数值仿真结果表明还表明探针的高次谐波信号能够反映探针对样品的撞击力大小，以此可以确定探针的运动状态，或作为反馈参量成为恒撞击力工作模式。 |
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发表于 2024-2-6 13:59:54
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