第一篇：電子測量技術課程論文-數字化資源與網絡教學平臺

《電子測量技術》課程論文

論文題目：電子測量儀器的發展歷程

班級：電子信息工程專業2008級本科班 學號：2 0 0 8 5 0 4 2 0 6 6 姓名：陳 晨

電子測量儀器的發展歷程

陳晨

（物理電子工程學院 河南 信陽 464000）

摘要：介紹了電子測量儀器的發展歷史，發展現狀，根據現在的社會情況及測量儀器在實際中的應用指出了其發展趨勢。通過對當前新型的電子測量儀器描述和評價，說明了電子測量技術吧在生活及科研上的重要性。所以說電子測量儀器的發展將會提高我們社會的生產力和科技實力，同時也將會對人們生活水平的提高起到不可估量的作用。

關鍵詞：電子測量儀器，歷史，現狀，發展趨勢 1 引言

近年來，以信息技術為代表的新技術促進了電子行業的飛速增長，也極大地推動了測試測量儀器和設備的快速發展。鑒于中國在全球制造鏈和設計鏈的重要地位，使得這里成為全球各大儀器廠商逐鹿的大戰場，同時，也帶動了中國本土測試測量儀器研發與測試技術應用的迅速發展。2 測量儀器的發展歷史

電力行業過去大量應用到的是各種電磁式、電動式的指針式儀表，由鐵絲和銅線制成的互感器；運用的是純人工的，單臺，單功能的電子管。3 電子測量儀器的發展現狀

二次世界大戰以來,隨著科學技術進步,特別是電子技術的發展,電子測量技術成為了一門獨立的專業,電子儀器也已成為一個獨立的產業。新中國成立后,國家十分重視電子工業,并十分重視電子測量儀器的發展。經過50多年的努力,已形成一個較完整的電子儀器產業體系,為我國科技進步、科學教育、經濟建設及國防工程等做出了重要貢獻。

近年來，電子技術、計算機技術、通信技術和自動化技術的高速發展，對檢測儀器的檢測速度、準確度以及檢測功能等整個性能方面提出了更高要求。而這些技術的發展也推動了電子測量技術的快速發展。同時也給測量儀器提供了巨大的市場，大量的新型產品都需要通過儀器的測量才能投放市場，所以這就對儀器的功能及測量能力有一個新的要求，以幫助工程技術人員在生產中適應眾多的工業標準和有效的處理各種問題【1】。除以上技術外，現代監測和傳感技術，顯示技術、數字信號處理技術和系統理論研究，也為檢測過程的數字化、智能化創造了

條件。總體來看，測量儀器的發展到目前已經經歷了三個階段：第一代是模擬儀器；第二代是數字式儀器，它是以數字電路進行信息的數字化處理，然后數字顯示，這種儀器比模擬儀器的測量精度要高，響應速度快；第三代儀器是智能化儀器，它內部含有單片機，無論數字采集和處理都是由單片機控制。

目前，市場上的測量儀器大概可分兩種，即通用儀器和專用儀器。通用儀器中，電子全測儀、電子水準儀開始逐步替代常規的經緯儀、水準儀和電磁波測距儀的使用。新型的計算機式全站儀加上大量的應用軟件，開始變得更加的全能化和智能化。GPS全球衛星定位系統接收器已逐步作為一種通用的定位儀器在工程領域進行測量時得到普遍采用【2】。將GPS全球衛星定位系統接收器與測量機器人或電子全站儀進行連接，稱超級測量機器人及超級全站儀。這種技術主要作用體現在同時完美結合GPS全球衛星定位系統的實時動態定位技術與全站儀靈活的三維極坐標測量技術，實現了不帶有控制網的各種工程測量。

我國在儀器方面也作出了巨大貢獻，高純微波合成信號發生器、微波噪聲系數分析儀、便攜式射頻頻譜分析儀、2.5Gb/sSDH/PDH數字傳輸分析儀、高性能的光通訊設備，包括光譜分析儀和高性能微型光時域反射計，還有高速數字示波器等，目前都已經形成比較完整的產品系列。其中AV1489型高純微波合成信號發生器采用全正向設計方法，突破了高純度微波頻率合成等多項關鍵技術；AV3984型微波噪聲分析儀突破了智能微波噪聲源等多項關鍵技術；AV4022型便捷式射頻頻譜分析儀突破了小型化設計與制造等關鍵技術，還有高性能的AV3600系列的寬帶矢量網絡分析儀【3】，DT系列數字電視碼流實時檢測儀等。都是中國電子集團公司第41研究所研制開發的。

在實際應用中，必須進行角度和距離測量。傳流的測量方法是角度和距離分別進行。近年來出現了電子側距儀和電子經緯儀，把它們結合在一起就形成了全站里儀器。結合的形式有兩種:一種是積木式，如前面介紹的電子經緯儀加上測距儀形成的全站型儀器。另一種是將測角和側距功能集成為一個整體，如TCI、TCIL、TC2000電子速側議【4】。4 電子測量儀器的發展趨勢

隨著科學技術和工業生產的發展,測量范圍日益擴大,測量任務越來越復雜,測量工作量隨之加大,對測量精度和速度的要求也越來越高。在實際測量中,不僅要求連續實時顯示,而且要求實時處理大量的測試數據。傳統儀器很難滿足這些要求,這就迫使儀器朝著數字化、智能化、多功能、小型化、模塊化、虛擬化、標準

化和開放型方向發展,隨著技術進步和應用領域的擴大,這種演進的趨勢也在明顯加強【5】。因此出現了以計算機或微處理器為核心,將檢測技術、自動控制技術、通信技術和網絡技術等技術完美地結合起來的現代電子測量儀器(系統)。它主要有以下幾種類型:(1)以通用微處理器為核心構成的智能化電子儀器。智能儀器又稱為靈巧儀器(Smart Instrument),它是將人工智能的理論、方法和技術應用于儀器,使其具有類似人的智能特性或功能的儀器【6】。它的硬件組成通常包括微處理器與存儲器、鍵盤開關與顯示輸出、測試功能模塊或測試信號源、總線與標準接口等部分。(2)以通用微型計算機為基礎構成的個人儀器系統。個人儀器(Personal Instrument)系統將若干儀器的測試功能模塊并聯接入個人計算機(PC)的內部總線,借助于測試軟件,各儀器模塊與計算機靈活地結合起來,實現計算機輔助測試(CAT)、程控操作、數據采集和運算處理,以及多種方式輸出測試結果。其硬件由個人計算機、多個測試功能模塊及接口、儀用標準接口等組成。

(3)以通用計算機為核心,以國際上標準化的儀器接口總線為基礎,由可程控的通用電子儀器構成的現代自動測試系統。所謂自動測試系統,就是在計算機的控制和管理下,很少需要人工參與,由各種測量儀器對電量、非電量進行自動測量、數據處理,并以顯示、打印等適當的方式給出測量隨著用戶對測試自動化、網絡化、高效率、高可靠性、界面友善等的不斷追求，電子測試技術與通信、計算機技術互相融合的趨勢越來越明顯，測量已成為計算機、通信和網絡的重要組成部分；電子測量儀器正在向開放型的VXI、PXI模塊化方向發展【7】。機箱和模塊趨于標準化，每個模塊有獨立的測量功能，用戶可根據測試需要即插即用，十分靈活；軟件技術在電子測試技術中所占比重越來越大，是儀器的重要組成部分；在儀器研制生產過程中，新器件在儀器中的作用越來越重要。

隨著國內外市場的需求，電子衡器總的發展趨勢是小型化、模塊化、集成化、智能化；其技術性能趨向是速率高、準確度高、穩定性高、可靠性高；其功能趨向是稱重計量的控制信息和非控制信息并重的“智能化”功能；其應用性能趨向于綜合性和組合性。電子測量儀器在我國科技進步、國民教育、經濟建設以及國防工程等領域發揮著巨大作用。論述了國產電子測量儀器發展的過去與現狀,并在分析發展過程中存在問題的基礎上,指出其當前發展的機遇與挑戰。最后給出當今世界電子測量儀器發展趨勢以及我國電子測量儀器發展的建議和對策。

綜上所述，隨著時代的進步科學技術的發展，電子測量學的發展將主要表現

在從一維、二維到三維乃至四維，從點及面獲取信息，由靜態反映動態，從工作后期處理到工作實時處理，從人眼觀測操作到智能自動尋標觀測，從大型整體工程到人體局部測量工程，從空中到地面地下甚至水下，從手動測量到自動遙測，從周期觀測到持續測量。測量的精確度也從毫米級到微米乃至納米級。智能儀器、個人儀器、自動測試系統、虛擬儀器和網絡化儀器的出現標志著現代電子測量儀器系統正向著智能化、自動化、小型化、模塊化和開放式系統方向發展 參考文獻

[1] 電子測量儀器市場前景依然看好[J].電子元件與材料, 2004,(12)[2] 劉祖友.電子測量儀器新趨勢的推動者[J].電子產品世界, 1998,(Z1)[3] 羅偉雄, 江柏森.電子測量儀器簡述[J].電子世界, 2005,(07)[4] 凌振寶, 林君, 邱春玲, 程德福.智能儀器課程實驗內容改革的實踐與探索[J].實驗技術與管理, 2004,(01)

[5] 電子測量儀器的發展趨勢[J].電子元件與材料, 2004,(10)[6] 李鳳祥.關于電子測量儀器存在的問題與對策[J].現代科學儀器, 1997,(01)[7] 肖 瓏,張宇紅.電子資源評價指標體系的建立初探[J].大學圖書館學報, 2002,(03)作者簡介：

陳晨（1990-），女（漢族），河南省信陽市人，本科在校生，專業為電子信息專業。作者聯系方式： 手機：*** 電子郵箱：7340496352@qq.com

第二篇：電子測量與技術課程總結

姓名：________ 學號：_______ 班級：___________ 電子測量與技術小論文題目：示波器和信號發生器 摘要：

測量是無處不在的，日常生活、工農業發展、高新技術和國防現代化建設都離不開測量，科學的發展與進步更離不開測量。電子測量是泛指以電子技術為基礎手段的一種測量技術,除了對各種電量、電信號以及電路元器件的特性和參數進行測量外、它還可以對各類非電量進行測量。按照測量的性質不同，可以將電子測量分為時域測量、頻域測量、數據域測量和隨機量測量四種類型；按照測量方法的不同，電子測量又可以分為直接測量、間接測量和組合測量三類。并且測量總是在不同的基準下進行。因此，計量基準一般分為如下三種；主基準、副基準、工作基準；2.阻抗測量包含哪些；電阻、電容、電感阻抗的測量，電阻阻抗測量方法：伏；3.誤差的特點和性質；按照誤差的特點和性質，誤差可分為系統誤差、隨機誤；系統誤差的主要特點是：只要測量條件不變，誤差即為；隨機誤差的特點是：不易發覺，不好分析，難于修正，；粗差的主要特點是：無規律可循，且產生之后應舍棄不用。這里著重分析信號發生器即信號源，它負責提供電子測量所需的各種電信號，是最基本、應用最廣泛的電子測量儀器之一。按信號波形可分為正弦信號、函數（波形）信號、脈沖信號和隨機信號發生器等四大類。信號發生器又稱信號源或振蕩器，在生產實踐和科技領域中有著廣泛的應用。各種波形曲線均可以用三角函數方程式來表示。能夠產生多種波形，如三角波、鋸齒波、矩形波（含方波）、正弦波的電路被稱為函數信號發生器。在研制、生產、使用、測試和維修各種電子元器件、部件以及整機設備時，都需要有信號源，由它產生不同頻率、不同波形的電壓、電流信號并加入到被測器件、設備上，用其他測量儀器觀察、測量被測者的輸出響應，以分析和確定它們的性能參數等作用。這種提供測試用電信號的裝置統稱為信號發生器。

關鍵詞：示波器信號發生器技術指標用途

電子測量分類： 1． 示波器：

工作原理及主要性能參數：主要就是將隨時間變化的電信號顯示在屏幕上的顯示觀測設備。能測量從直流到數百兆赫茲的高頻信號。其基本結構由加熱器、陰極、控制柵、第一陽極、第二陽極、垂直偏轉板、水平偏轉板組成。由陰極射線管的陰極發射出的電子束根據測量信號轟擊熒光屏發光產生相應波形。在屏幕上就可以根據橫軸、縱軸的刻度直接觀察輸入信號。1）帶寬、2）采樣速率、3）信息數量、4）內存深度等。這些同樣也是決定不同型號的示波器價格的主要因素。數字示波器的性能指標主要包括頻帶寬度、最高采樣速率、存儲帶寬、波形刷新率以及讀出速度等幾方面。通用示波器主要由Y系統、X系統、主機系統三大部分組成。Y系統是被測信號的輸入通道，它對被測信號進行衰減，放大并產生內觸發信號。X信號系統的作用是產生和放大掃描鋸齒波信號，它是由觸發電路、掃描發生器和水平放大器組成。主機系統由示波管、電源、顯示電路、Z軸電路、校準信號發生器等組成。2.信號發生器：

主要性能參數有：1）有效頻率范圍、2)頻率準確度、3)頻率穩定度、4)頻譜純度等。但是按照不同的測量頻率，其測量儀器也是不同的。比如低頻信號發生器和高頻信號發生器、信號合成發生器以及函數信號發生器等。

A、首先低頻信號發生器的組成：低頻信號發生器組成主要包括主振器、緩沖放大器、電平調節器、功率放大器、輸出衰減器、阻抗變換器和輸出指示器等部分。并且每個部分分別對應不同的功能。

1）主振器：主振器是低頻信號發生器的核心部分，產生頻率可調的正弦信號，它決定了信號發生器的有效頻率范圍和頻率穩定度。2）緩沖放大器：緩沖放大器兼有緩沖和電壓放大的作用。

3）功率放大器：功率放大器用來對電平調節器送來的電壓信號進行功率放大，使之達到額定的功率輸出，驅動低阻抗負載。通常采用電壓跟隨器或BTL電路等。4）輸出衰減器：輸出不同電壓。

5）阻抗變換器：阻抗變換器用于匹配不同阻抗的負載，以便在負載上獲得最大 輸出功率。

6）輸出指示：輸出指示用來指示輸出端輸出電壓的幅度，或對外部信號電壓進 行測量，可能是指針式電壓表、數碼LED或LCD。

B、其次高頻信號發生器其主要電路組成有：振蕩器、緩沖級、調制級、輸出級、內調制振蕩器、頻率調制器、監測指示電路等。

1）振蕩器：用于產生高頻振蕩信號，信號發生器的主要工作特性大都由它決定。2）緩沖級：主要起隔離放大的作用，用來隔離調制級對主振級可能產生的不良 影響，以保證主振級工作穩定，并將主振信號放大到一定的電平。3）調制級：主要完成對主振信號的調制。

4）內調制振蕩器： 供給符合調制級要求的音頻正弦調制信號。5）輸出級： 主要由放大器、濾波器、輸出微調、輸出衰減器等組成。6）監測指示電路：監測指示輸出信號的載波電平和調制系數。

C、再次合成信號發生器其方式有：1）直接合成法：分為模擬直接合成法和數字直接合成法。

模擬直接合成法：采用基準頻率通過諧波發生器，產生一系列諧波頻率，然后用混頻、倍頻和分頻進行頻率的算術運算，最終得到所需的頻率； 數字直接合成法：利用ROM和DAC結合，通過控制電路，從ROM單元中讀出數據，進行數/模轉換，得到一定頻率的輸出波形。

2)間接合成法則通過鎖相技術進行頻率的算術運算，最后得到所需的頻率。

D、最后是函數信號發生器其工作原理以及主要電路組成及功能有：1）利用各種電路通過函數變換實現波形之間的轉換，即以某種波形為第一波形，然后利用第一波形導出其他波形。近來較為流行的方案是先產生三角波，然后產生方波和正弦波等。2）函數信號發生器的主要性能指標：

(1)輸出波形：通常輸出波形有正弦波、方波、脈沖和三角波等波形，有的還具有鋸齒波、斜波、TTL同步輸出及單次脈沖輸出等。

(2)頻率范圍： 函數發生器的整個工作頻率范圍一般分為若干頻段。

(3)輸出電壓：對正弦信號，一般指輸出電壓的峰-峰值，通常可達10Up-p以上； 對脈沖數字信號, 則包括TTL和CMOS輸出電平。

(4)波形特性：不同波形有不同的表示法。正弦波的特性一般用非線性失真系數表示，一般要求小于等于3%； 三角波的特性用非線性系數表示，一般要求小于等于2%；方波的特性參數是上升時間，一般要求小于等于100 ns。(5)輸出阻抗等相關參數。

3.結論：

綜上所述：現在的科技發展歸根結底離不開準確的測量儀器以及測量的技術。這里所提及的示波器、信號發生器只是眾多儀器中的兩種。并且信號發生器用途廣泛、種類繁多，它分為通用信號發生器和專用信號發生器兩大類。專用儀器是為某種特殊專用目的而設計制作的，能夠提供特殊的測量信號，如調頻立體聲信號發生器、電視信號發生器等。通過了解各種信號發生器的分類、工作原理以及它們的技術指標如輸出波形、頻率范圍、輸出電壓、輸出阻抗、波形特性等等。由此能夠在實際應用中、在測量中根據不同的環境及不同的要求下選擇合適的信號發生器，提高測量精度。和示波器、電壓表、頻率計等儀器一樣，信號發生器是電子測量領域最基本、應用最廣泛的一類電子儀器。它們能廣泛運用在研制、生產、使用、測試和維修各種電子元器件、部件以及整機設備中，用以分析了解、確定各種設備的性能參數。除此以外，信號發生器還可廣泛應用在電子研發、維修、測量、校準等領域。因此只要我們用好不同類型的儀器，總是能為我們在實際的應用中帶來便捷。但是，既然是測量總是有誤差。所以，我們應該努力減小誤差，盡可能讓我們的測量結果更加精確。4.參考文獻 [1] 張永瑞·電子測量技術基礎·西安：西安電子科技大學出版社，2009 [2] 陳光禹·現代電子測試技術·北京：國防工業出版社，2000 [3] 任慶·電子測量原理·成都：電子科技大學出版社，1989 [4] 鄧斌·電子測量儀器·北京：國防工業出版社，2008 [5] 萬國慶·電子測量教程·北京：電子工業出版社，2006

第三篇：電子測量技術課程總結

電子測量技術總結

班別：信息122

學號：1213232222 姓名：馮健

任課老師：康實

在第一章中我們可以學習到：

測量是無處不在的，日常生活、工農業發展、高新技術和國防現代化建設都離不

開測量，科學的發展與進步更離不開測量。

俄國科學家門捷列(л.ц.Менделеев)

在論述測量的意義時曾說過：“沒有測量，就沒有科學”，“測量是認識自然界的主要工具”。

電子測量是泛指以電子技術為基礎手段的一種測量技術,除了對各種電量、電信

號以及電路元器件的特性和參數進行測量外、它還可以對各類非電量進行測量。

按照測量的性質不同，可以將電子測量分為時域測量、頻域測量、數據域測量和

隨機量測量四種類型；按照測量方法的不同，電子測量又可以分為直接測量、間

接測量和組合測量三類。

電子測量要實現測量過程，必須借助一定的測量設備。電子測量儀器種類很多，一般分為專用儀器和通用儀器兩大類。根據被測參量的不同特性，通用電子測量

儀器有可以分為信號發生器、電壓測量以前、示波器、頻率測量儀器、電子元器

件測試儀、邏輯分析儀、頻譜分析儀等。高新技術的發展帶動了電子測量儀器的發展，目前以軟件技術為核心的虛擬儀器也得到了廣泛應用。

它是測量學和電子學相互結合的產物。電子測量除具體運用電子科學的原理、方

法和設備對各種電量、電信號及電路元器件的特性和參數進行測量外，還可以通

過各種敏感器件和傳感裝置對非電量進行測量，這種測量方法往往更加方便、快

捷、準確，有時是用用其他測量方法不可替代的。因此，電子測量不僅用于電學

這專業，也廣泛用于物理學，化學，機械學，材料學，生物學，醫學等科學領域

及生產、國防、交通、通信、商業貿易、生態環境保護乃至日常生活的各個方面。

近幾十年來計算機技術和微電子技術的迅猛發展為電子測量和測量儀器增添了

巨大活力。電子計算機尤其是尤其是微型計算機與電子測量儀器相結合，構成了

一代嶄新的儀器和測試系統，即人們通常所說的“智能儀器”和“自動測試系

統”，它們能夠對若干電參數進行自動測量，自動量程選擇，數據記錄和處理，數據傳輸，誤差修正，自檢自校，故障診斷及在線測試等，不僅改變了若干傳統

測量的概念，更對整個電子技術和其他科學技術產生了巨大的推動作用。現在，電子測量技術（包括測量理論、測量方法、測量儀器裝置等）已成為電子科學領

域重要且發展迅速的分支學科。

在第二章我們討論了測量誤差和數據出來的基本知識。

測量誤差是在所難免的，測量誤差的表示方法有絕對誤差和相對誤差。絕對誤差

表明測量結果的準偏離實際值的情況，是一個既有大小又有符號和量綱的量。相

對誤差能夠確切地反映測量結果的準確程度，其只有大小和符號，不帶量綱。可

以最大引用相對誤差確定電子測量儀表的準確度等級。

根據性質和特點不同，可將測量誤差分為系統誤差、隨機誤差和粗大誤差三類。

系統誤差的主要特點是：只要測量條件不變，誤差即為確切的數值，用多次測量

取平均值的辦法不能改變或消除系差，而當條件改變時，誤差也隨之遵循某種確

定的規律而變化，具有可重復性。隨機誤差的特點是：① 有界性；② 對稱性；

③ 抵償性。粗差的主要特點是：測得值明顯地偏離實際。

用數字方式表示測量結果的時候，應該根據要求確定有效數字。不可以隨意改變

測量結果的有效數字位數。在對多余數字刪略的時候，必須“四舍五入，逢五湊

偶”的舍入規則。對數據進行近似也應該遵循相應的規則。

萬用表是電子測量的最基本最常用的測量儀表之一，按照工作原理不同，可將其

分為模擬式萬用表和數字式萬用表2大類。

第三章我們從直插式和貼片式2方面認識了電子元器件的基本知識。

標稱值和允許誤差是電阻、電容、電感等常用被動元件的兩個參數。按照導電能

力的不同可以將材料分為導體、半導體嗯哼絕緣體三大類，半導體材料是制作晶

體管、集成電路、電力電子元器件。光電子元器件的基本材料。常用的電阻、電

容、電感、二極管等電子元器件都有貼片封裝。

第四章我們學習了常用信號發生器的基本知識。信號發生器可以分為專用信號發生器和通用信號發生器兩大類，通用信號發生器

又可以分為低頻信號發生器，高頻信號發生器、任意波形發生器和任意函數發生

器等類型。頻率特性。輸出特性和調制特性是信號發生器的三大特性。

直接式頻率合成技術頻率轉換速度快，能夠產生任意笑的頻率增量，具有較好的近載頻相位噪聲性能。但是輸出端的諧波、噪聲和寄生頻率難以抑制。間接頻率

合成技術又稱為鎖相式頻率合成技術，具有頻譜純度高，一遇得到大量離散頻率的優點，但是其頻率切換時間相對比較長，相位噪聲也比較大。直接數字頻率合成技術從相位概念出發直接合成所需波形，其優點是頻率分辨率高，相對帶寬寬，具有任意波形輸出能力和數字調制功能，但是輸出信號雜散抑制差。

典型的鎖相環系統主要由鑒相器。環路濾波器和壓控振蕩器三部分組成。典型

鎖相環一般只能輸出一個頻率，為了能夠輸出一系列頻率，通常在反饋環路中插

入頻率運算功能，即可改變輸出頻率。有倍頻、分頻和混頻三種頻率運算方式。

頻率范圍、頻率分辨率、頻率轉換時間、頻率準確度與穩定度是通用鎖相環頻率

合成器的主要性能指標。

第五章我們學習了模擬示波器和數字示波器的基本知識。

示波器是一種圖形顯示設備它能夠將人眼看不到的電信號描繪成可見的圖形曲

線。按照對信號處理方式的不同，可將示波器分為模擬式和數字式兩種類型。模

擬示波器又可以分為通用示波器、多束示波器、采樣示波器、記憶示波器和專用

示波器等類型。數字示波器又可以分為數字存儲示波器、數字熒光示波器和數字

采樣示波器三種類型。

示波器的主要性能參數有帶寬、采樣速率、信息數量和內存深度等。這些也是決

定不同型號的示波器價格的主要因素。數字示波器的性能指標主要包括頻帶寬度、最高采樣速率、存儲帶寬、波形刷新率以及讀出速度等幾方面。

通用示波器主要由Y系統、X系統、主機系統三大部分組成。Y系統是被測信號的輸入通道，它對被測信號進行衰減，放大并產生內觸發信號。X信號系統的作用是產生和放大掃描鋸齒波信號，它是由觸發電路、掃描發生器和水平放大器

組成。主機系統由示波管、電源、顯示電路、Z軸電路、校準信號發生器等組成。

示波管是示波器中常用的顯示器件，它是由電子槍、偏轉系統和熒光屏三部分組

成。

為了在同一個屏幕上同時觀察多個信號波形或同一信號波形的不同部分，需要進

行多波形顯示。雙蹤示波器是較常用類型，具有交替和斷續兩種顯示方式。

第六章我們學習了交流電壓和電子電壓表的基本知識。

電壓測量具有頻率范圍寬、輸入阻抗高、悲慘波形多樣、抗干擾能力強等特點。

峰值、平均值、有效值以及相應的波峰因數和波形因數是交流電壓幅度特性的電

壓表征量。

檢波器是實現AD/DC轉換的核心部件。

電平是指兩個功率或電壓之比的對數，單位為貝爾（B）。

數字式電壓表利用A/D轉換技術將被測電壓量轉換為數字量，并將測量結果以十

進制形式顯示出來。

第七章我們學習了頻域測量的基本知識。

信號的頻域測量和頻譜分析是以電信號的頻率f作為橫軸來測量分析信號的變

化，即在頻域內對信號進行觀察和測量的。頻域測量與分析的對象和目的各不相

同，通常包括頻率特性測量、選頻測量、頻譜分析、調制度分析和諧波失真度測

量等。

頻率特性的測量有靜態測量法和動態測量法兩種基本方法。點頻測量法屬于靜態

測量法；掃頻測量法屬于動態測量法。掃頻儀基于掃頻原理構成，能在示波管熒

光屏上直接觀測到各種電路頻率特性曲線。它主要由掃頻信號發生器、掃描電路。

頻標電路以及示波管等部分組成。

頻譜分析以頻譜分布圖的形式來表示被測信號中所包含的頻率成分，可對電信號

或電路網絡的頻率、電平調制度、調制失真、頻偏、互調失真、帶寬、窄帶噪聲、增益、衰減等參數進行測量。頻譜分析儀還可以分為模擬式、數字式、和模擬/

數字混合式三類。根據信號處理的實時性，頻譜分析儀還可以分為實時頻譜分析

儀和非實時頻譜分析儀兩類。

失真度是指原始信號進過傳輸設備以后所得的輸出信號與原始信號的比值。失真的結果是使得輸出信號產生了原始信號中沒有的諧波分量。失真度測量方法可以

分為頻譜分析法和基波抑制法。失真度分析儀也相應地分為基波抑制式和頻譜分

析式兩種類型。

第四篇：電子測量技術教學反思

《測量誤差的基本概念》教學反思

6月21日，我參加院里舉行的學校青年教師教學競賽的選拔，教學內容是《測量誤差的基本概念》。該節的內容選自電子測量技術基礎的第二章的內容，這本書主要圍繞時域、頻域和數據域三部分進行學習，通過了解它們的測量原理，分析誤差產生的原因和其規律，尋求減小或消除測量誤差的方法，識別出測量結果中存在的各種性質的誤差，學會數據處理的方法，使測量結果接近真值。該節對學生的要求：1）掌握測量誤差的定義和誤差的來源；2）掌握絕對誤差和相對誤差的定義和幾種表示方法并且能計算相對誤差和絕對誤差。主要實施了以下教學措施，歸納起來就是五個注重，一個反思：

1.注重基礎，知識深化。基礎是起跑線，要想跑好全程，必須做好起跑線的開頭工作。先講清楚概念，為后面的學習打下基礎。

2.注重學生差異，力求全面提高。注重了好學生、中等學生和基礎較差學生搭配提問，以檢查這節課的教學效果。

3.注重引導與歸納。在上新課之前，先回顧上一節課的內容，引出本節的內容，讓學生知道本節課要學習的主要內容，并且清楚那些知識為重點，那些內容為難點。學習完本節之后一定要留幾分鐘與學生一起進行總結.4.注重實踐——理論——實踐的科學探究方法。因為我們這門課既有理論課也有實踐課程，我們學習理論的目的就是更好的指導實踐，那么實踐又反過來驗證理論知識，兩者相輔相成，不可分割。

5.注重知識的結合，使學生的知識趨于系統化。在講課的過程中會涉及到前沿技術問題，如：在數據出的方法方面，會跟學生提到軟測量方法、數據挖掘技術等前沿科學，使學生知識趨于系統性，也給他們留有思考的余地，他們也會在課下查閱相應的資料，進一步了解這些問題。

反思：站上講臺的時間不長，因此，在上課的節奏上把握不好，重難點突出不夠，可能是習慣了多媒體教學，板書有待加強。院里這樣的教學選拔活動，對我們年輕教師是一種鞭策，也是一種機會，很可惜這次準備不夠充分，不太清楚教學比賽與平時上課的區別，以后如果有機會一定不會閉門造車，會多向有經驗的教師請教，使自己在教學中能夠不斷的進步，早日成為教學骨干。

第五篇：研究生納米測量技術課程論文

納米測量技術的研究及掃描隧道顯微鏡技術

摘 要

納米測量技術是納米科學技術的基礎學科之一。納米科學技術的快速發展, 不但給納米測量技術提出了挑戰, 同時也給納米測量技術提供了全新發展的機遇。綜述了國內外納米測量技術發展的現狀, 重點討論了納米材料、納米電子學和納米生物學等領域所涉及的納米測量與性能表征的難題和挑戰, 論述了納米科技成果給納米測量技術帶來的發展機遇,對納米測量技術的發展方向做了展望。最后介紹了掃描隧道顯微鏡的發展歷程以及掃描隧道顯微鏡的工作原理和系統結構。

關鍵詞

納米科學技術 納米測量 納米材料

掃描隧道顯微鏡

1、引 言

納米技術作為當前發展最迅速、研究最廣泛、投入最多的科學技術之一, 被譽為21 世紀的科學, 并且和生物工程一起被認為是未來科技的兩大重要前沿納米技術是包括納米電子、納米材料、納米生物、納米機械、納米制造、納米測量、納米物理、納米化學等諸多科學技術在內的一組技術的集合, 其目的是研究、發展和加工結構尺寸小于100nm 的材料、裝置和系統, 以獲得具有所需功能和性能的產品。科技發達國家為搶占這一高新技術生長點、制高點, 競相將納米技術列為21 世紀戰略性基礎研究的優先項目, 投入了大量的人力、物力和財力納米技術對許多工業領域已經開始具有非常關鍵的作用。它不僅將為許多技術難題提供新的解決方案和思路, 而且會進一步提高人們的生活水平, 并有可能在很大程度上改變人們的生活方式。從納米精度上的機械零件的加工和裝配、電子器件的生產制造、掃描探針顯微鏡(SPM , Scanning Probe Microscope)的發展、微型機電系統(MEMS, Micro Electro Mechanical 1 Systems)的制造, 到納米結構材料的加工和生物醫學系統的制造等, 納米技術正在得到廣泛的發展和應用。

2、納米測量技術現狀

鑒于納米測量技術的重要地位, 國外, 特別是美、日、歐等國家均投入了相當大的人力和物力予以重點支持。典型的例子有1982 年發明的掃描隧道顯微鏡;美國California 大學利用光杠桿實現的原子力顯微鏡首次獲得了原子級分辨率的表面圖像；美國國家標準與技術研究院(NIST)研制的分子測量機。日本研制的具有亞納米級測量分辨率的激光外差干涉儀。英國國家物理實驗室(NPL)研制的微形貌納米測量儀器的測量范圍是0.01～3nm;Warwick 大學研制出測量范圍在10Lm、nm 精度的X 光干涉儀。德國聯邦物理技術研究院(PTB)進行了一系列稱為1nm 級尺寸精度的科研項目。

我國對納米測量技術的研究也相當重視, 并取得了一些顯著成績。清華大學研制成功亞納米級分辨率的激光雙波長干涉儀。中國科學院北京電子顯微鏡實驗室成功研制了原子級分辨率的原子力顯微鏡。

中國計量科學研究院研制了用于微位移測量標準的法—珀干涉儀。天津大學研制了雙法—珀干涉型光纖

微位移傳感器。中國科學院化學所對掃描探針顯微術進行了一系列的科學研究。概括國內外的納米測量方法, 可以分為兩大類: 一類是非光學方法: 掃描探針顯微術、電子顯微術、電容電感測微法, 另一類是光學方法: 激光干涉儀、X 光干涉儀、光學光柵和光頻率跟蹤等。總結現有各種納米測量方法, 它們的單項參數(分辨率、精度、測量范圍)可達到的指標分別如表1 所示。

表 1 各種納米測量方法的比較

3、納米測量技術面對的挑戰

現有各種納米測量方法和儀器的不斷涌現, 為從事納米科學技術研究提供了理論依據和有效手段, 但是納米科學技術研究的快速發展對納米測量技術提出了迫切的要求。作者主要對納米材料、納米電子學和納米生物學等納米科技領域中面對的挑戰和難點進行論述。

3.1、納米材料的測量與性能表征

納米材料的測量與性能表征涉及兩個方面的研究內容: 一是納米材料的尺度測量;二是由尺度效應而導致的納米材料的性能表征。納米材料尺度的測量包括:納米粒子的粒徑、形貌、分散狀況以及物相和晶體結構的測量, 納米線、納米管等直徑、長度以及端面結構的測量和納米薄膜厚度、納米尺度的多層膜的單層厚度的測量等。適合納米材料尺度測量與性能表征的儀器主要有: 電子顯微鏡、場離子顯微鏡、掃描探測顯微鏡、X 光衍射儀和激光粒徑儀等。

現有納米測量方法往往測量大面積或大量的納米材料以表征納米材料的單一尺度和性能, 所得的測量結果是整個樣品的平均值, 因此, 單個納米顆粒、單根納米管的奇異特性就被掩蓋了。對現有的納米測量方法來說, 表征單一納米顆粒、納米管、納米纖維的尺度和性能是一個難題和挑戰。首先, 因為它們的尺寸相當小, 單一納米顆粒、納米管的固定和夾持無法用大尺寸的固定和夾持技術來實現。其次, 納米結構的小尺寸使得手工操縱相當困難, 需要有一種針對單一納米結構設計的專門操縱技 術來進行操作。因此, 為了準確測量單一納米結構的尺度和性能, 開發新的納米測量方法和手段是十分必要的。

另外, 現有納米測量方法僅局限于對納米材料外觀或表面尺度的測量, 而無法實現對納米材料結構內部的測量。例如, 納米改性纖維材料、納米涂料以及納米油漆等由于摻雜納米超細粉體以提高或改善其性能, 如何測量與評價這些材料內部納米粒子的尺度和納米粒子的團聚過程及其性能的改變是納米測量技術面臨的又一挑戰。

3.2、納米電子學涉及的納米測量與性能表征

納米電子學是研究電子在納米尺度空間中運動的規律, 并利用這些規律制作新型電子器件的一門新型學科。納米電子器件所涉及的測量與表征技術可分為:(1)納米電子器件幾何尺寸的測量, 如量子點、量子線、量子阱或單電子晶體管等幾何尺寸的納米測量;(2)單量子器件性能表征與測量技術, 如量子點、量子線等量子器件的量子能級分布測量, 單電子晶體管、單原子開關等量子器件的電子輸運特性的測量與性能表征;(3)納米電子器件所用材料的性能檢測和缺陷測量與控制技術;(4)集成電路中組件尺寸大范圍納米級測量技術和集成電路制造時所需的大范圍納米級掃描微動工作臺技術, 現在集成電路芯片尺寸達50mm ×50mm、線寬最小至0.13Lm(即130nm), 在50mm ×50mm 的范圍內實現130nm 線寬的性能檢測和測量,好比用1m 的尺子測量500km ×500km 的范圍, 可見測量范圍之大, 若線寬小至10nm, 則測量范圍更大, 確屬納米測量所面臨的重大挑戰和難題。納米電子學的另一個重點研究方向是發展具有更高信息存儲密度及更快響應速度的超高密度信息存儲材料和器件, 現在光存儲信息點尺寸達到50nm、磁存儲信息點尺寸小于10nm、以及利用掃描隧道顯微鏡寫入的信息點最小尺寸已達0.6nm[15]。因此, 光存儲和磁存儲同樣涉及在大范圍內進行信息點特征的納米測量的技術難點, 另外, 如何測量和評價光存儲和磁存儲所使用的納米尺度上平整的大面積、高質量的存儲薄膜, 亦是擺在納米測量科學面前的重要課題。

3.3、納米生物學涉及的納米測量與性能表征

納米生物學的研究對象是納米尺度的生物大分子、細胞器的結構、功能和動態生物過程。納米生物學涉及的納米測量與性能表征技術可歸結為以下三個方面:(1)在 納米尺度上測量與表征生物大分子的結構和功能及其相互聯系;(2)在納米尺度上直接對生物大分子進行操縱和改性;(3)探測生物大分子在生命過程中的行為和功能, 在納米尺度上獲得生命信息。蛋白質和核酸這兩種生物大分子是千差萬別的生命現象中最本質而又高度一致的物質基礎, 因此, 蛋白質和核酸分子結構的納米測量、蛋白質和核酸分子結構與功能的關系表征, 成為納米生物測量技術研究的重點和關鍵。

關于納米尺度上的生物大分子結構的研究, 以前主要通過電子顯微鏡觀察和X 光晶體衍射等方法來實現, 但是它們各有局限之處, 電子顯微鏡要求有一定的真空干燥制樣條件, 而且在觀測中電子束對生物樣品有損傷;X 光晶體衍射方法要求樣品能夠結晶, 獲得的實驗結果是大范圍平均值, 而且需經模擬和計算才能得到高分辨的具體圖像。掃描隧道顯微鏡、原子力顯微鏡和納米光鑷技術由于具有測量結果直觀和納米級精度等優點, 現在已成為研究生物大分子表面拓撲結構、研究單個生物大分子在生命過程中行為的有效工具。雖然對生物大分子結構的研究已有越來越精細的了解, 然而, 要在生物大分子水平上弄清楚它們在生命過程中的行為和功能, 這些方法仍有相當大的局限性。

納米生物學對納米測量技術提出的要求和挑戰是:(1)開發適合于對生物大分子在其自然條件下的測量方法, 更有利于對生物大分子結構和功能的精確認識, 而現在對生物大分子的結構和功能進行研究時, 一般要對樣品進行處理, 如將DNA 分子沉積在石墨或云母表面, 或者溶在一定液體中, 限制了對其進行準確的測試;(2)納米測量技術要實現動態研究單個生物大分子生理條件下的結構, 開展結構和功能關系的研究,而現在的測量技術僅局限于對生物大分子結構的靜態研究, 涉及結構和功能關系的研究甚少;(3)生物大分子運動學特性、動力學特性和電學特性等性能表征技術和方法;(4)探測單分子水平的生物信號是如何傳導的, 以揭示活細胞內分子—分子間生物信號傳導的動力學機制及生物學效應;(5)研究生物大分子間的相互作用和分子的合成;(6)測量與表征單個生物大分子在生命過程中的個體及其群聚集體的行為和功能, 認識生命過程的本質。

4、納米測量技術的發展機遇與展望

4.1、納米測量技術的發展機遇

納米測量技術的發展機遇納米科學技術的發展給納米測量技術提出了挑戰, 同時納米科學技術的新成果、新技術和新方法的不斷涌現以及新理論的建立, 又為納米測量技術提供了新的發展機遇和有效手段, 例如:(1)碳納米管具有精細的結構和優異的導電和力學特性, 因此可以用碳納米管作為掃描探針顯微鏡的探針, 探測金屬膜表面的結構、納米電子器件的電學特性。

(2)單電子晶體管可用于對極微弱電流的測量;基于單電子晶體管的納米探針可作為量子器件的電子輸運、量子導電效應的測量與性能表征。

(3)納米光鑷技術與掃描探針技術相結合, 具備精細的結構分辨能力和動態操控與功能研究的能力, 可用于在納米尺度上測量與表征生物大分子的結構和功能的關系, 探測研究在生物大分子水平上的生命信息。

(4)生物芯片具有集成、并行和快速檢測的優點,蛋白質生物芯片技術可以實現對蛋白質的探測、識別和純化, 基因生物芯片技術可以快速分析大量的基因信息, 從而獲得生命微觀活動的規律。

(5)生物大分子用于制作納米探針是一種全新的探針探測技術, 由于其具有高選擇性和高靈敏度被用來探測細胞物質、監控活細胞的蛋白質和其他生化物質, 還可探測基因表達和靶細胞的蛋白質生成等。

(6)一種用碳納米管制成的“納米秤”被用來測量納米顆粒、生物大分子的質量和生物醫學顆粒(如病毒), 可能導致一個納米質譜儀的產生。

4.2、納米測量技術的發展方向

納米測量技術面對的每一個挑戰和難點都是納米測量技術今后應重點突破的研究方向。針對國內納米測量技術已有基礎與現狀, 展望未來, 我國納米測量技術應在以下幾個方面予以重點研究:(1)、納米測量和性能表征新方法、新技術的研究。有三個重要的途徑: 一是創造新的納米測量技術, 建立新的理論、新方法;二是對現有納米測量技術進行改造、升級、完善, 使它們能適應納米測量的需要;三是多種不同的納米測量技術有機結合、取長補短, 使之能適應納米科學技術研究的需要。

(2)、納米測量的溯源問題, 即能按照米定義精確度量納米尺度, 建立納米科技標準。

(3)、大范圍超高精度、超高分辨率的納米測量技術研究。分析當前各種納米測量方法可知, 現有每種納米測量方法均存在不能同時實現高測量精度和大測量范圍這一矛盾。而實際應用中, 如集成電路芯片表面形貌的測量、光存儲和磁存儲大范圍信息位特征的納米測量、生物芯片性能表征技術等, 所有這些, 無不均要求在進行大范圍測量的同時保證納米或亞納米級的高測量精度和超高分辨率。

(4)、納米測量涉及的微操作技術研究。無論是對單個納米顆粒、單根碳納米管、單個單電子晶體管, 還是對單個DNA 生物大分子、單個細胞等進行納米測量與性能表征研究時, 都涉及對這些單一納米結構的探測、俘獲、夾持和移動等一系列微操作技術。因此, 開發對單一納米結構的微操作的新方法和技術是納米測量技術應重點解決的研究課題。

(5)、納米級運動技術的研究。納米級掃描微動工作臺為納米科學技術研究提供一維、二維或三維的納米級的微運動。在為納米測量技術和納米微操作技術研究提供小范圍(指一百微米以下)納米級微運動時, 最常見的是以PZT 作為驅動部件的柔性鉸鏈微動工作臺。然而, 要為納米測量技術和納米微操作技術研究提供大范圍(指毫米量級運動范圍)納米級精度的微運動時, 現有微動工作臺卻不能滿足要求。因此, 大范圍納米級精度的微動工作臺的研制是擺在納米測量與微操作技術面前的重要研究課題。

5、掃描隧道顯微鏡技術

5.1、納米科技與掃描隧道顯微鏡

中國科學院院士白春禮曾說:“人類進入納米科技時代的重要標志是納米器件的研制水平和應用程。”，而掃描隧道顯微鏡測量技術的提高則可以顯著提高納米器件的研制水平，并促進納米制造技術的發展。掃描隧道顯微鏡技術是一門綜合技術，它隨著納米科技的發展而發展，為了能夠深入研究和改進這一技術，就必須對納米科技與掃描隧道顯微鏡的關系、掃描隧道顯微鏡的工作原理和掃描隧道顯微鏡的系統結構 等理論基礎知識有一個清楚的認識。

納米科學和技術是在納米尺度上(0.1-100nm之間)研究物質(包括原子、分子)的特性和相互作用，并且利用這些特性的多學科的高科技。其最終目的是直接以物質在納米尺度上表現出來的特性，制造具有特定功能的產品，實現生產方式的飛躍。納米科學大體包括納米電子學、納米機械學、納米材料學、納米生物學、納米光學、納米化學等領域。

人類僅僅用眼睛和雙手認識和改造世界是有限的，例如:人眼能夠直接分辨的最小間隔大約為0.07;人的雙手雖然靈巧，但不能對微小物體進行精確的控制和操縱。但是人類的思想及其創造性是無限的。1982年，IBM(國際商業機器)公司蘇黎世試驗室的葛·賓尼(Gerd BIImig)博士和海·羅雷爾(Heinrich Rohre:)博士及其同事們共同研制成功了世界第一臺以物理學為基礎、集多種現代技術為一體的新型表面分析儀器—掃描隧道顯微鏡(Scanning Tunnelling Microscope，簡稱STM)。STM不僅具有很高的空間分辨率(橫向可達0.1nm，縱向優于0.01nm)，能直接觀察到物質表面的原子結構;而且還能對原子和分子進行操縱，從而將人類的主觀意愿施加于自然。STM使人類第一次能夠實時地觀察單個原子在物質表面的排列狀態和與表面電子行為有關的物理、化學性質。在表面科學、材料科學、生命科學等領域的研究中有著重大的意義和廣闊的前景，被國際科學界公認為二十世紀八十年代世界十大科技成就之一。可以說STM是人類眼睛和雙手的延伸，是人類智慧的結晶。

基于STM的基本原理，隨后又發展起來一系列掃描探針顯微鏡(SPM)。如:掃描力顯微鏡(SFM)、彈道電子發射顯微鏡(BEEM)、掃描近場光學顯微境(SNOM)等。這些新型顯微技術都是利用探針與樣品的特殊相互作用來探測表面或界面在納米尺度上表現出的物理性質和化學性質。

雖然納米科技的歷史可以追溯到三十多年前著名物理學家、諾貝爾獎獲得者理查德·費曼在美國物理年會上的一次富有遠見的報告，但是“納米科技”一詞還是近幾年才出現的，也正是SPM技術及其應用迅速發展的時期。第5屆國際STM會議與第1屆國際納米科技會議于1990年在美國同時召開不能不說明SPM與納米科技之間存在著必然聯系、SPM的相繼問世為納米科技的誕生與發展起了根本性的推動作用，而納米科技的發展也將為SPM的應用提供廣闊的天地。

納米科技是未來高科技的基礎，而科學儀器是科學研究中必不可少的試驗手段，STM及其相關儀器(SPM)必將在這場向納米科技進軍中發揮無法估量的作用。5.2、掃描隧道顯微鏡的工作原理

掃描隧道顯微鏡的工作原理是基于量子力學的隧道效應。對于經典物理學來說，當一個粒子的動能E低于前方勢壘的高度V。時，它不可能越過此勢壘，即透射系數等于零，粒子將完全被彈回。而按照量子力學的計算，在一般情況下，其透射系數不會等于零，也就是說，粒子可以穿過比它的能量更高的勢壘，這個現象稱為隧道效應如圖1.3所示

圖2 量子力學中的隧道效應示意圖

掃描隧道顯微鏡是將原子線度的極細探針和被研究物質的表面作為兩個電極，當樣品與針尖的距離非常接近時(通常小于1nm)，在外加電場的作用下，電子會穿過兩個電極之間的勢壘流向另一電極，形成隧道電流，其大小為:，式中Vb是加在針尖和樣品之間的偏置電壓，S為樣品與針尖的距離，Φ是平均功函數，A為常數，在真空條件下約等于1。

由上式可知，隧道電流強度對針尖和樣品之間的距離有著指數的依賴關系，當距離減小0.1nm，隧道電流即增加約一個數量級。因此，根據隧道電流的變化，我們可以得到樣品表面微小的高低起伏變化的信息，如果同時對X、Y方向進行掃描，就可以直接得到三維的樣品表面形貌圖。

根據隧道電流I和樣品與針尖距離S之間的關系，STM主要的工作模式有兩種:恒高模式和恒流模式。恒高模式是指保持隧道距離S不變而檢測隧道電流I的變化。恒流模式是指保持隧道電流I不變而檢測隧道距離S的變化。兩種工作模式的示意圖如圖1.4所示。

圖 3 STM的恒高和恒流兩種工作模式示意圖

5.3、掃描隧道顯微鏡的系統結構

STM儀器一般由STM頭部(含探針和樣品臺)、三維掃描控制器、電子學控制系統、減震系統和在線掃描控制及離線數據處理軟件等組成。系統結構如圖1.5所示。

圖4 STM系統結構圖

探針針尖的結構是掃描隧道顯微技術要解決的主要問題之一。針尖的大小、形狀和化學同一性不僅影響著掃描隧道顯微鏡圖像的分辨率和圖像的形狀，而且也影響著測定的電子態。如果針尖的尖端只有一個穩定的原子而不是有多重針尖，那么隧道電流就會很穩定，而且能夠獲得原子級分辨率的圖像。目前制備針尖的方法主要有電 化學腐蝕法(金屬鎢絲)、機械成型法(鉑一銥合金絲)等。由于鎢針尖能夠滿足STM儀器剛性的要求，因而被廣泛地使用。但由于鎢針尖在水溶液中或暴露在空氣中時，容易形成表面氧化物，因此在真空中使用前，最好在超高真空系統中進行蒸發，在空氣中使用前，通過退火或使用離子研磨技術中的濺射等方法除去針尖表面的氧化層。為了得到銳利的針尖，通常用電化學腐蝕法處理金屬鎢絲。與鎢相比，鉑材料雖軟，但不易被氧化，在鉑中加入少量銥(例如鉑銥的比例為80%:20%)形成的鉑銥合金絲，除保留了不易被氧化的特性外，其剛性也得到了增強，故現在大部分人使用鉑銥合金作為隧道針尖材料。為了得到銳利的針尖，通常對鉑銥合金絲就用剪刀剪切。

三維掃描控制器的作用是控制針尖在樣品表面進行高精度的掃描，用普通機械的控制是很難達到這一要求的。目前普遍使用壓電陶瓷材料作為X、Y、Z掃描控制器件，壓電陶瓷材料能以簡單的方式將1mV-1000V的電壓信號轉換成十幾分之一納米到幾微米的位移。

電子學控制系統使計算機控制步進電機的驅動，使探針逼近樣品，進入隧道區，而后不斷采集隧道電流，在恒電流模式中將隧道電流與設定值相比較，再通過反饋系統控制探針的進與退，保持隧道電流的穩定。

在線掃描控制及離線數據處理軟件主要用來控制STM的整個連續掃描過程以及測量數據的記錄顯示和后續處理，是整個系統的核心之一。

減震系統也很重要。由于儀器工作時針尖與樣品的間距一般小于Inm，同時隧道電流與隧道間隙成指數關系，因此任何微小的震動都會對儀器的穩定性產生影響。必須隔絕的兩種類型的擾動是震動和沖擊，其中震動隔絕是最主要的。

5.4、掃描隧道顯微鏡的優缺點

對于任何儀器來說，必然會既有優點也有缺點。與現有的其他表面分析技術相比，STM具有的如下獨特的優點：

(l)、具有原子級高分辨率，STM在平行和垂直于樣品表面方向上的分辨率分別可達0.Inm和0.olnm，即可以分辨出單個原子。

(2)、可實時地得到在實空間中表面的三維圖像，這種可實時觀察的性能可用于表面擴散等動態過程的研究。

(3)、可觀察單個原子層的局部表面結構，而不是對體相或整個表面的平均性質，因而可直接觀察到表面缺陷。

(4)、可在真空、大氣、常溫等不同環境下工作，甚至可將樣品浸在溶液中，并且探測過程對樣品無損傷。

(5)、配合掃描隧道譜STS(Scanning Tunneling Spectroscopy)可以得到有關表面電子結構的信息

如上所述，盡管STM具有諸多優點，但它的缺點也是顯而易見的主要有如下四點:(1)、能夠使用STM進行觀察表面形貌的首要條件是樣品必須具有一定程度的導電性，這是源于STM工作原理的缺陷，可以使用AFM彌補這一不足。

(2)、STM對工作環境要求非常高，普通STM只有在真空中測得的數據才具有較高的準確度，為普及推廣STM可通過改進STM的系統結構來適應大氣環境。

(3)、普通STM所測量范圍較小，一般在幾個微米內，也就無法測量表面形貌起伏波長為幾個微米或者更大的微納器件。

(4)、普通STM難以準確測量樣品表面上的溝槽，對具有高深一寬比結構的微納器件更加難以測量。

6、結束語

納米科學技術已成為本世紀世界各國競相發展的重點科學, 納米測量技術是從事納米科學技術研究的基礎與關鍵。“沒有測量就沒有科學, 至少是沒有真正意義上的科學”——科學家門德列耶夫高度概括了測量在科學技術上的至關重要地位。納米科學技術的發展, 不僅給納米測量技術提出了挑戰, 而且也給納米測量技術的發展提供了機遇。同時, 納米測量技術的不斷發展和創新, 將給納米科學技術的發展提供全新的發展機遇, 納米測量技術上的突破, 無疑將導致納米科學技術研究水平的不斷提高。