介绍了基于石英音叉剪切力模式的扫描探针显微镜系统（Scanning Probe Microscope,SPM）的设计和实现。系统由基于PC104总线的工业主板、ATmega16电机控制模块、高压驱动模块、数据采集和前置信号处理模块组成,在TCP/IP和RS232通信协议的基础上通过自定义上层通信协议完成各模块之间的连接。由于采用了模块化设计和工业化标准,该系统可稳定工作于工业现场,用于加工件表面质量的测量、集成电路缺陷检测、材料瑕疵分析等。

为了实现敲击模式的扫描近场光学显微镜，采用以石英音叉为灵敏探测器件，将光纤探针垂直音叉侧臂粘接，使探针在垂直样品的方向上振动，以“敲击”方式探测样品表面的信息，实现近场范围的高度控制。仪器结构紧凑，操作方便，灵敏度高，可用于液体环境下的样品探测，在对样品形貌进行探测的同时可实现对光信号的调制。将这种探测模式应用于实验，获得2 400线/mm光栅、光盘母盘和生物细胞的形貌图像。实验证明：这种探测方式分辨率优于200 nm，适用于不同硬度的样品，可以作为材料学、生物学等领域的有力工具。

MEMS石英音叉陀螺是近年来发展起来的新型惯性器件.在石英音叉的早期设计阶段,为了提供可靠的设计方案,并缩短设计周期,应该对其进行分析模拟.音叉的结构参数至关重要,不仅会影响陀螺的敏感性,还会影响其检测精度和稳定性.本文以U形音叉为例,利用大型有限元分析软件ANSYS建立了微型石英音叉的实体模型,对其模态特性进行了分析和计算,分析了音又几何尺寸对其谐振频率的影响,并提供了一组可供实际制作的音叉结构参数,大大缩短了设计周期.