“物理演示实验拓展”课题：物体表面探测

• 课题参与学生：沈金辉

基于原子力显微镜的测量原理，通过“探针”与凹凸不平的物体表面的相互作用，通过应变片测量凹凸程度，最后将电压信号通过计算机将物体表面的形貌绘制出来。

今天拍了实验的视频，传上来看看，拍得比较挫。。。大家将就一下~

装置效果展示视频

录像拍得还挺清晰，先赞一下！— 吕景林 2014/06/04 23:43

不过我还是要挑毛病的：1 拍摄桌面东西太复杂，要清理； 2 探针上电流产生的原理要解释；3 障碍物最好不止一个，比如选择3个大小不同、形状不同的物体，放在盘的不同位置；4 探针精度有待提高；5 录像中，指针做径向移动时，有打点似的声音，争取去掉；6 扫描结果镜头停留时间应该再长些，配一点讲解。总之革命尚未成功，同学还需努力哦。加油！！！— 吕景林 2014/06/04 23:53

哦好，那我再弄弄好，谢谢老师指点。 — 沈金辉 2014/06/04 23:45

好久没来更新页面了~第一次的扫描图像处理工作终于做完了，上图：

第一次的结果感觉分辨率比较低，但是，总体上还是能看出有地方凸起，可以算是成功的地方吧，可以改进的地方也有很多。继续努力啦！ — 沈金辉 2014/05/30 12:34

加油！想改进时，多考虑一下信号如何随时间变化时，你能更好地测量。 — 乐永康 2014/05/30 13:43

先用可以微小移动的东西对你的悬臂的精度进行定标？ — 乐永康 2014/05/30 13:46

定标这种事情应该最后做，先把其他的东西弄好。 — 沈金辉 2014/05/30 20:06

所有的系统都已经搭建完成啦~~撒花~~~~，明天下午开完会就开始第一次的试运行！ — 沈金辉 2014/05/19 23:27

赞！祝试运行顺利！一点提醒：不知道这探针粘得有多牢靠，塑料尺弹性如何，一开始扫描控制得慢一些，高度起伏也尽量小。如果都顺利，可以再慢慢地拓展！ — 乐永康 2014/05/20 00:59

跟我想一块儿去了~ — 沈金辉 2014/05/20 08:22

在李老师的帮助下，220VAC转正负12VDC的电源做好了：

内部结构我就不公开了,哈哈~ — 沈金辉 2014/05/13 15:55

你准备出售技术，还是准备让它成为秘密？ — 乐永康 2014/05/13 22:02

这个么。。。保持神秘感~ — 沈金辉 2014/05/13 22:54

这是最终的电路板：

这个设计的亮点是MCU单元直接安装在板子上，一改以前利用杜邦线进行连接控制的模式，使得板子更加简洁，另一个就是利用MCU单元串联的方式，实现功能上的多线程叠加，即在一路信号控制下的多个系统同时工作，互不影响，使得系统的工作更加稳定。

很勤快地点赞！ — 乐永康 2014/05/13 00:50

你的电路中裸露的接头很多，使用时，小心短路，或许可以预先用绝缘胶带处理一下。 — 乐永康 2014/05/13 00:54

我固定做得很好，理论上是不会短路的。。 — 沈金辉 2014/05/13 15:54

就怕理论出问题！ — 乐永康 2014/05/13 22:04

理论上理论是不会出问题的 — 沈金辉 2014/05/13 23:28

这是整理后的信号放大部分的完整的设计报告：设计报告

花了一个下午加一个晚上的时间，终于把信号放大部分的电路板做好了，上图展示一下：

这是改良后的悬臂：

实验效果非常理想，跟预期的完全一样，也不枉设计了这么多套方案啊~~~

附上最新的滤波器设计报告：滤波电路报告

还有这把光荣牺牲的直尺！ — 乐永康 2014/05/12 08:44

我觉得这把直尺是个亮点，哈哈。 — 沈金辉 2014/05/12 09:26

高技术集成体啊！ — 乐永康 2014/05/12 10:15

上面那张板子只是1/3的电路，过几天把全套电路都拍下来~ — 沈金辉 2014/05/12 13:23

“针尖”做好了，在直尺上挫一个缺口，然后用502胶水胶上的：

期中汇报修改稿：课程中期汇报ppt，源文件：source files

课程中期汇报PPT:课程中期汇报ppt，源文件：source files

中期汇报的PPT已经上传，希望大家多多指正，以便我进行修改，谢谢！ — 沈金辉 2014/04/28 13:22

今天主要利用LabvIEW，设计了一下数据采集部分和三维作图的程序，第一次试验不是很成功，由于一开始设想每一个数据点可以实时画在三维的图上，所以，现在有点编程上的麻烦，不过，问题应该不大，可以考虑先把数据采集上来，再作分析。

这是买到的应变片：

阻值是1000欧姆的，是全桥式应变片，即内部已经做好了电桥，只要在两端加上3-12V的电压，中间两根引线输出的电信号与应变程度成比例的，具体的数据调试还未开始作，接下来可以对应变片定标。

在李爱萍老师的帮助下，已经顺利将上述的模型做成了实物，上图一张：

再次感谢李老师的帮助。

周三上午把修改后的模型图纸交给李老师进行加工，由于之前对加工还不是很熟悉，所以在设计时很多地方没有考虑到，后来，经过了诸多的改进，这周应该能做好这两个部件了。

对于上下移动的“臂”的材料，初步定为选用塑料的直尺，有一定的宽度，可以保证不会侧向运动。

这周三的预期：把做好的部件装好后一起调试效果，希望能有初步、满意的实验结果。 — 沈金辉 2014/04/14 23:04

今天利用Solidworks画了电机的支架和放物品的台子。

等尺寸核实好后就可以开始做了。

今天利用步进电机实现了平台在一维方向上的来回运动，利用Arduino nano进行控制，效果良好。

下一步计划：在平台上加入电机，使平台能在二维方向上运动。

OP07CP芯片手册

AMP03芯片手册

INA120芯片手册

Arduino Nano电路图

今天先建个页面，过几天再写。 — 沈金辉 2014/03/23 16:34

由于记得实验设备是之前上传的，有点被误导了，刚才看了好几遍才明白：你是按顺序进度排列内容的。 — 乐永康 2014/04/15 13:40

有时候来不及写，所以拖了几天。。。有时间我会整理一下，让这个页面的思路看起来清晰一点。谢谢乐老师提醒。 — 沈金辉 2014/04/15 13:44

很好的进展！这个项目该去申请登辉计划啊！ — 乐永康 2014/05/09 22:49

我想着就是平时玩玩，哈哈，可以让别的同学去申请，我可以指导一下~~ — 沈金辉 2014/05/10 10:35

随便玩玩就成老师了啊！ — 乐永康 2014/05/11 11:12

唉，又被乐老师黑了。。 — 沈金辉 2014/05/11 12:42

你的电路板感觉很高端霸气，建议你请李老师做一个透明有机玻璃的盒子，这个有点费时间，提前问问李老师是否可能。 — 乐永康 2014/05/14 10:54

这个建议好，可以再优化阶段进行。 — 沈金辉 2014/05/14 11:52

沈金辉，早点写一个课题概述吧，可以让看这个网站的同学了解：你在做点什么。 — 乐永康 2014/05/14 21:42

哦，看来我还是有点偷懒啊。。 — 沈金辉 2014/05/14 22:22