Філімонов Сергій Олександрович. Вдосконалення п'єзокерамічних сканерів для зондових наномікроскопів : Дис... канд. наук: 05.13.05 - 2009.
Анотація до роботи:
Філімонов С.О. Вдосконалення п’єзокерамічних сканерів для зондових наномікроскопів. – Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.13.05 – комп’ютерні системи та компоненти. Черкаський державний технологічний університет, Черкаси, 2009.
Дисертація присвячена розробці методів і засобів покращення характеристик п’єзокерамічних сканерів для зондових наномікроскопів і створенню на цій основі конкурентоздатних зразків таких виробів.
Розроблений метод покращення позиціонування п’єзокерамічних сканерів за рахунок зменшення зв'язку між актуаторами. Зменшення взаємного зв'язку між актуаторами сканера досягнуто завдяки розділенню актуаторів один від одного, а також за рахунок застосування плоских пружних пластин, що мають різну жорсткість по координатах X і Y.
В дисертаційній роботі побудовані і досліджені математичні і комп’ютерні моделі трубчатого п’єзокерамічного сканеру, п’єзокерамічного сканеру на основі планарних біморфних п’єзоелементів, та п’єзокерамічного сканеру на основі біморфного планарного камертону. Побудовані також комп’ютерні моделі для візуалізації переміщень розроблених п’єзокерамічних сканерів.
Для вирішення поставлених завдань використовувалися методи розрахунку п’єзоелектричних матеріалів, теорії електричних ланцюгів, методи електромеханічних аналогій, експериментальні дослідження і комп'ютерне моделювання.
Основні результати дисертаційної роботи такі:
Проведені дослідження, направлені на вдосконалення п’єзокерамічних сканерів для скануючих зондових наномікроскопів, виявили ряд закономірностей, аналіз яких дозволяє стверджувати, що сформульована мета роботи може вважатися досягнутою. При виконанні роботи використовувалися коректні і достовірні методи досліджень.
Розроблені моделі, методи, схеми і пристрої розширили науково-технічну базу проектування п’єзокерамічних сканерів для зондових наномікроскопів, що дозволяє створювати зразки сканерів з характеристиками, які перевищують кращі зразки зарубіжних фірм.
Розроблено три нових типа сканера – на основі біморфного трубчатого п’єзоелемента, на основі планарних біморфних п’єзоелементів і на основі біморфного планарного камертона, які дозволяють зменшити взаємний зв’язок між актуаторами сканерів, зменшити кут нахилу площини утримувача зонду при скануванні і збільшити діапазон сканування.
Розроблений, виготовлений і досліджений сканер на основі біморфного трубчатого п'єзоелемента. Для цього сканера побудовані і досліджені математична і комп'ютерні моделі. Встановлено, що рівень зв'язку між актуаторами, які здійснюють переміщення по координатах XYZ не перевищує ~ -18,3дБ, що приблизно у 8 раз менше ніж у відомих сканерів; утримувач зонда практично не змінює кут нахилу при скануванні; частота коливань по координатах ХY складає 7 кГц, а по координаті Z – 8,2кГц; переміщення по координатах ХY складає 230мкм, а по координаті Z – 30мкм, що в ~1,2 рази більше ніж у відомих сканерів.
Розроблений, виготовлений і досліджений сканер на основі планарних біморфних п’єзоелементів. Для цього сканера побудовані і досліджені математична і комп'ютерні моделі. Встановлено, що рівень зв'язку між актуаторами, які здійснюють переміщення по координатах XYZ не перевищує ~ -17,4дБ, що приблизно у 7 раз менше ніж у відомих сканерів; утримувач зонду практично не змінює кут нахилу при скануванні; частота коливань по координатах ХY складає 0,886 кГц, а по координаті Z – 1,34кГц; переміщення по координатах ХY складає 350мкм, а по координаті Z – 40мкм, що в ~2 рази більше ніж у відомих сканерів.
Розроблений, виготовлений і досліджений сканер на основі біморфного планарного камертона. Для цього сканера побудовані і досліджені математична і комп'ютерні моделі. Встановлено, що рівень зв'язку між актуаторами, які здійснюють переміщення по координатах XYZ не перевищує ~ -15,7дБ, що приблизно у 6 раз менше ніж у відомих сканерів; утримувач об'єкту практично не змінює кут нахилу при скануванні; частота коливань по координатах ХY складає 0,879 кГц, а по координаті Z – 1,924кГц; переміщення по координатах ХY складає 300мкм, а по координаті Z – 37мкм, що в ~1,8 рази більше ніж у відомих сканерів.
Розроблені комплекти конструкторської документації для сканерів на основі планарних біморфних п’єзоелементів і на основі біморфного планарного камертона.
Розроблений і виготовлений стенд для дослідження п’єзокерамічних сканерів;
Розроблені комп’ютерні моделі для візуалізації переміщення розроблених п’єзокерамічних сканерів, які дозволяють оцінювати динамічні характеристики сканерів.
Розроблені сканери впроваджені в промисловість та в учбовий процес.
Публікації автора:
Шарапов В.М. Цилиндрические пьезокерамические сканеры для наномикроскопов / В.М. Шарапов, А.Н. Гуржий, А.П. Алпатов, С.А. Филимонов // Вісник Черкаського державного технологічного університету. – 2006. – № 3. – С. 106 – 109.
Шарапов В.М. Трехкоординатный пьезокерамический сканер для зондовых наномикроскопов на основе компланарных биморфных пьезоэлементов / В.М.Шарапов, А.Н. Гуржий, С.А. Филимонов // Вимірювальна та обчислювальна техніка в технологічних процесах. – 2006. – №1. – С. 80-83.
Шарапов В.М. Построение модели трехкоординатного пьезокерамического сканера для зондовых наномикроскопов на основе компланарных биморфных пьезоэлементов / В.М. Шарапов, А.Н. Гуржий, С.А. Филимонов // Інформаційні технології та комп’ютерна інженерія. – 2007. – №1(8). – С. 109-112.
Шарапов В.М. Трехкоординатный пьезокерамический сканер на биморфных пьезоэлементах для зондового наномикроскопа / В.М. Шарапов, А.Н. Гуржий, С.А. Филимонов // Технология и конструирование в электронной аппаратуре. – 2007. – №4 (70) – С. 13-15.
Шарапов В.М. Увеличение диапазона сканирования пьезокерамического сканера зондового наномикроскопа / В.М.Шарапов, А.Н. Гуржий, С.А. Филимонов // Вісник Черкаського державного технологічного університету. – 2007. – Спецвипуск. – С. 261-263.
Sharapov V.M. The investigation of frequency characteristics of piezotransducers with double circuit negative feedback / V.M. Sharapov, M.P. Musienko, S.A Filimonov // Вісник Черкаського державного технологічного університету. – 2006. – Спецвипуск. – С. 262-264.
Шарапов В.М. Построение и исследование модели трехкоординатного пьезокерамического сканера для зондовых наномикроскопов на основе биморфных пьезоэлементов / В.М.Шарапов, А.Н. Гуржий, С.А. Филимонов // Труды VIII международной научно-практической конференции “Современные информационные и электронные технологии”. – Одесса, 2007. – С. 344.
Шарапов В.М. Биморфный пьезокерамический сканер для зондовых наномикроскопов в области точного позиционирования / В.М. Шарапов, А.Н. Гуржий, Т.Г. Тымчик, С.А. Филимонов // Шоста науково-технічна конференція “Приладобудування 2007: стан і перспективи”. – Київ, 2007. – С. 141-142.
Шарапов В.М. Определение характеристик биморфного пьезокерамического сканера используемого в наномикроскопе / В.М.Шарапов, С.А. Филимонов // Сьома науково-технічна конференція “Приладобудування: стан і перспективи”. – Київ, 2008. – С. 87-88.
Филимонов С.А. Пьезокерамический сканер для наномикроскопов на основе биморфного планарного камертона / С.А. Филимонов // Материалы 4-ой международной молодежной научно-технической конференции «Современные проблемы радиотехники и телекоммуникаций “РТ-2008”». – Севастополь, 2008. – С. 187.
Sharapov V.M. Stand for diagnostics piezoceramic scanners of probe nanomicroscopes / V.M. Sharapov, S.A. Filimonov, K.V. Bazilo, Zh.V. Sotula, D.E. Romanenko // Тези IV міжнародної науково-технічної конференції "Датчики, прилади та системи – 2008". – Ялта, 2008. – С. 118-119.
Шарапов В.М. Сканер для зондовых наномикроскопов на основе биморфных пьезоэлементов / В.М. Шарапов, С.А. Филимонов // VIII международный семинар "Методологические аспекты сканирующей зондовой микроскопии". – Минск, Беларусия, 2008. – С. 204-209.
Sharapov V.M. Increase of coefficient of transformation of piezoelectric transformers in a up to resonant area / V.M. Sharapov, K.V. Bazilo, Zh.V. Sotula, S.A. Filimonov, D.E. Romanenko // Тези IV міжнародної науково-технічної конференції "Датчики, прилади та системи – 2008". – Ялта, 2008. – С. 108-109.
Sharapov V.M. Research of dynamic characteristics of domain dissipative piezotransformtors / V.M. Sharapov, V.V. Tuz, Zh.V. Sotula, K.V. Bazilo, S.A. Filimonov // Тези IV міжнародної науково-технічної конференції "Датчики, прилади та системи – 2008". – Ялта, 2008. – С. 116-117.
Шарапов В.М. Исследование преобразователей с двухконтурной обратной связью / В.М. Шарапов, С.А. Филимонов, М.П. Мусиенко, В.В. Туз // П’ята науково-технічна конференція “Приладобудування 2006: стан і перспективи”. – Київ, 2006. – С. 162-163.
Шарапов В.М. Расширение рабочего диапазона частот в пьезопреобразователях с двухконтурной обратной связью / В.М. Шарапов, М.П. Мусиенко, С.А. Филимонов // Матеріали другої міжнародної науково-практичної конференції “Наукові дослідження та експеримент 2006”. – Полтава, 2006. – С. 76-78.
