本文以德州仪器公司的TMS20C6713 DSP为基础,介绍了一种新型数字式SPM系统的硬件解决方案.文章首先指出原先的SPM系统的一些缺点,进而介绍数字信号处理器TMS320C6713芯片的一些优点,最后给出了基于该DSP芯片的主控板的主要结构以及整个数字式DSP-SPM系统的硬件方案.

为了扩大原子力显微镜（Atomic Force Microscope,AFM）使用范围,研制了一套大范围高速AFM系统。针对大范围高速扫描时Z方向控制问题,提出了前馈反馈混合控制方法。前馈控制包括自动调平前馈和基于前一行扫描前馈,前者通过多线扫描确定样品倾斜位置,将所有扫描点的倾斜位移差用函数式表达,然后将其换算为Z向驱动电压后驱动下扫描器运动;后者利用前一行扫描高度数据作为当前行Z向扫描器驱动的参考输入。反馈控制为在普通比例-积分（PI）控制基础上改进的动态P参数PI控制,P参数设置与误差大小有关。实验结果表明：采用本控制方法最大控制误差由40.17nm减小为6.01nm,误差均方根值由22.85nm减小为2.01nm,明显抑制了误差信号,提高了Z向控制效果,获得了更精确的高度图像。

针对目前高速扫描型原子力显微镜（AFM）主要是限于物检测且扫描速度和扫描范围均有待提高,提出了一种高速原子力显微镜结构设计方案。在压电陶瓷致动器驱动的柔性铰链结构式位移台的基础上,构建了AFM大范围扫描器,使原子力显微镜在x-y扫描方向的运动范围达到了100μm×100μm。通过傅里叶频谱分析,计算获得了AFM扫描器常用的三角波驱动信号和正弦波驱动信号的高次谐波特性及其对AFM高速扫描成像的影响程度。为了消除在扫描运动过程中的机械自激振荡,提出了将正弦波信号作为高速扫描的驱动信号,行扫速度达到50line/s。在正弦波驱动的基础上提出了一种基于位置采样的图像获取方法,有效地减小了AFM扫描器的非线性误差造成的图像畸变现象。

本文介绍了一种智能化激光荧光扫描光谱仪，可对大尺寸光致荧光样品进行扫描分析，从而获得需要的整体信息。进一步以发光二极管(LED)外延片为例，介绍仪器进行外延片在线无损检测的应用。该仪器可迅速对LED外延片进行在线检测，给出相关参数。实现智能化检测。

通过工程实例,对利用非洲西部沙漠特细砂配制高强泵送混凝土进行了分析和阐述。结果表明,通过不同比例沙漠特细砂和0-3mm石屑的复配,可以配制出满足工程要求的高强泵送混凝土。

从理论上分析了扫描热显微镜的传热过程和测量原理,建立了两种工作模式下的热阻网络模型,并对热阻网络中各热阻进行了具体分析,得出了样品本身热阻的表达式;用多种参考材料样品进行了系列实验,结果表明仪器的输出信号与热导率的倒数成线性关系,对理论分析作出了部分验证,为亚微米尺度的热导率测试打下了基础.

为了进一步扩大原子力显微镜（AFM）的应用范围,研制出一套大范围高速AFM系统。该系统采用上、下两个扫描器,上扫描器负责Z方向闭环控制的动态响应,下扫描器负责X、Y方向平面扫描及Z方向补偿控制。针对样品放置倾斜对大范围扫描成像的影响,提出基于多线扫描的样品自动调平控制技术。首先通过多线扫描确定样品倾斜位置,然后将所有扫描点的倾斜位移差用函数式表达,最后将位移差换算为控制电压作为扫描器Z向的前馈控制输入。实验结果表明,能消除样品倾斜对AFM大范围扫描的影响。

针对现有微拉伸台系统误差较大的问题，作者研究了提高微拉伸台测量精度的数据处理方法．设计了高速、高精度数据采集系统，对比了线性拟合、多项式拟合、分段拟合和逐点比较数据处理方法，分析了各种数据处理方法在消除系统误差中的优缺点．数据处理方法采用Vc＋＋语言编程实现，可以在线矫正系统误差．实验结果表明，灵活运用上述处理方法可以有效地提高微拉伸台测量精度．

针对SPB增强磁光效应研究中复合金属薄膜结构的SPB激发测试，研制了一套角度扫描型SPB谱仪。通过巧妙的结构设计和运动控制，使得角度扫描过程中样品测试点始终处于棱镜底面样品基片的中心，保证了测试过程的一致性。对50hm金膜的重复性测验表明SPB谱仪具有较高的重复性和稳定度。利用搭建的SPR谱仪对磁光复合薄膜的测试结果表明，在制备的样品中，Au（15nm）／00（5／10nm）／Au（Snm）复合结构是磁光等离子体系研究的最佳平台。

X射线显微分析技术利用X射线的穿透能力,结合精密定位和数据反演技术,可以在微米甚至亚微米尺度上展现被测样品的内部结构、密度和缺陷等特征信息。该技术已然成为一种重要的物理分析方式,且被广泛应用于生命科学、材料学和先进制造等领域。微焦点X射线源是X射线显微分析系统的核心部件之一,其性能直接影响着系统的测试分辨率和效率。针对微焦点X射线源使用中安全防护升级、工作效率提升、控制精度提高的需求,设计一套基于PLC的微焦点X射线源控制系统,并介绍该系统具体的实现过程。采用JIMA分辨测试卡进行分辨率成像实验,实现了3μm线对的分辨率,证实了该控制系统性能良好,能够满足使用需求。