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申请/专利权人：甘肃省计量研究院

摘要：本发明公开了一种用于分析原子力显微镜微悬臂梁运动特性的等效电路，包括：由一个带有反向积分器的xe电路模块和一个带有反向积分器的ye电路模块连接构成。本发明将带有反向积分器的xe电路模块和带有反向积分器的ye电路模块组合在一起，构成了AFM微悬臂梁系统的等效电路，实现在低成本条件下，分析考虑外部复杂环境因素影响下，各动力学参数变化时，AFM微悬臂梁系统运动特性的演化过程；在AFM微悬臂梁机械系统参数匹配、加工设计，以及非线性机械系统异常工况识别、非线性运动控制等方面都具有重要的参考价值和应用前景。

主权项：1.一种用于分析原子力显微镜微悬臂梁运动特性的等效电路，其特征在于，由一个带有反向积分器的xe电路模块和一个带有反向积分器的ye电路模块连接构成；所述带有反向积分器的xe电路模块包括：电阻R1～R3、电容C1、运算放大器U1～U2；所述电阻R2的输入端连接所述带有反向积分器的ye电路模块的输出端；所述电阻R2的输出端与所述运算放大器U1的反向输入端相连接；所述电阻R1的输入端与所述电阻R2的输出端相连接；所述电阻R1的输出端与所述运算放大器U1的输出端相连接；所述电阻R3的输入端与所述运算放大器U1的输出端相连接；所述电阻R3的输出端与所述运算放大器U2的反向输入端相连接；所述电容C1的输入端与所述电阻R3的输出端相连接，所述电容C1的输出端与所述运算放大器U2的输出端相连接；所述运算放大器U1和所述运算放大器U2的正向输入端接地；所述运算放大器U1和所述运算放大器U2的正向供电管脚为7管脚，所述7管脚连接直流电源VCC；所述运算放大器U1和所述运算放大器U2的负向供电管脚为4管脚，所述4管脚连接直流电源VEE；所述带有反向积分器的ye电路模块包括Ae电路子模块，Be电路子模块，Ce电路子模块，De电路子模块和ye主支电路子模块，所述ye主支电路子模块的输入端连接所述Ae电路子模块，所述Be电路子模块，所述Ce电路子模块，所述De电路子模块的输出端；所述Be电路子模块、所述Ce电路子模块和所述De电路子模块共用电阻R29～R31；所述Be电路子模块、所述Ce电路子模块和所述De电路子模块共用运算放大器U13；所述Be电路子模块、所述Ce电路子模块和所述De电路子模块共用乘法器A3；在所述Be电路子模块、所述Ce电路子模块和所述De电路子模块中，所述乘法器A3的输入端均连接所述运算放大器U13的输出端；在所述Be电路子模块、所述Ce电路子模块和所述De电路子模块中，所述乘法器A3的输出端连接电路器件各不相同；所述带有反向积分器的xe电路模块和所述带有反向积分器的ye电路模块形成xe信号通道和ye信号通道，生成用于表征AFM微悬臂梁运动特性的二元一阶高次非线性状态空间方程： 其中，为xe电路模块输出电压；为ye电路模块输出电压；为时间；为等效无量纲阻尼系数；为等效无量纲线性刚度；为等效无量纲非线性刚度；为等效无量纲Hamaker吸引势强度；为等效无量纲卡西米尔力强度；为等效无量纲Hamaker排斥势强度；为等效无量纲挤压膜阻尼系数；为单位直流电压信号；为等效静止状态微悬臂梁平衡距离直流电压信号；为等效外部激励正弦交流电信号；所述带有反向积分器的xe电路模块用于将一元二阶非线性方程降阶为二元一阶非线性方程组；所述带有反向积分器的ye电路模块用于模拟微悬臂梁的非线性运动特性。

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