Title晶振频率和品质因数的测量和研究-复旦大学物理教学实验中心.doc

晶振频率和品质因数的测量和研究 作者：汪佳梅 指导教师：俞熹 关键词：晶振频率 品质因素 锁相放大器 Labview 目录 摘要： - 4 - 第一章：课题背景 - 5 - 第二章：实验原理 - 6 - 2.1 晶振的工作原理： - 6 - 2.1.1晶振的电学模型 - 7 - 2.1.2晶振的力学模型 - 7 - 2.2 品质因素： - 8 - 2.3 实验原理及设备： - 8 - 2.3.1 AT8603B数字直接合成信号发生器 - 8 - 2.3.2 HB-212型双通道双相锁定（相）放大器工作原理[13]： - 10 - 2.3.3 其他器材 - 11 - 第三章 Labview 虚拟仪器的开发 - 11 - 3.1 虚拟仪器的概念 - 11 - 3.2 虚拟仪器的基本构成 - 12 - 3.3 LabVIEW概述 - 12 - 3.4 基于RS232端口开发的虚拟仪器 - 13 - 3.5 虚拟仪器的实现 - 15 - 第四章：实验内容及数据 - 15 - 4.1 测量一个晶振的固有频率和品质因素 - 16 - 4.2 测量一个封装打开的晶振的固有频率和品质因素 - 17 - 4.3 固定住晶振的一个音叉后, 测量其固有频率和品质因素 - 19 - 4.4 实验结果 - 19 - 4.5 结论分析 - 19 - 4.6 实验改进 - 21 - 第五章：感谢 - 21 - 参考文献 - 21 - 摘要： 这篇论文主要介绍了利用锁相放大器，和微弱信号检测技术进行晶振的频率与品质因素的测量。首先介绍了背景资料（晶振在原子力显微镜AFM中的应用），系统结构和设备的连接，然后介绍用Labview软件实现计算机实时监控和快速测量和分析实验数据，第三部分是实验操作、数据分析和结论。 Abstract ： This thesis describes the construction and operation of the measurement of the frequency f and Q value of quartz tuning fork using AT8603B digital direct composite function generator as function generator and HB-212 phase-locked amplifier as phase-locked amplifier. After a short introduction to the applications of quartz tuning fork in AFM，the construction of system will be introduced. The basic control soft ware, Labview, will be introduced in the next part. Then it is the operation of measurement, data analysis and conclusion. 第一章：课题背景 1981年Gerd Binning and Heinrich Rohrer at IBM Zurich [1]发明了第一架扫描隧穿显微镜（STM），五年后，他们由于这项发明被授予了诺贝尔奖。1986年Binnig, Quate and Gerber使用STM技术[2]发展出了第一架原子力显微镜[3]（AFM）。AFM成为在浓缩物物理，纳米技术和生物领域广泛运用的技术。 STM的图像信号[4]是隧穿电流It (It≈0.1nA)，能很容易被转换为电压进行下一步数字处理。而AFM的图像信号是针尖和一个表面间的作用力Fts (Fts≈0.1nN)，通常将Fts转换成电子信号是由测量悬臂梁(CL)扭曲度来完成的，但这种测量方法是间接的，更易产生实验误差。所以原子力显微镜AFM的核心是力传感器。通常将力传感器的尖端安放在悬臂梁（CL）上，通过测量CL的扭曲来判断作用在尖端的力。检测CL[5]扭曲度的最普遍的方法是用微感应器检测。 已经证明被广泛运用在电子钟表领域的晶振能作为AFM的力传感器。比如Gu¨ethner et al. [6]在声学近场显微镜就使用晶振做力传感器；Karrai et al. [7]将晶振作为距离传感器，运用在扫描近场光学显微镜（SNOM），使用晶振控制扫描近场光学显微镜下光学纤维和表面之间的距离。近来，Giessibl用这些技术使AFM的图像达到原子解析度[8]。 以上所有这些运用，晶振的固定方式像在手表中一样：晶振的基座固定，而两个音叉可以相对振动，因为基座和音叉都是同一块晶