====== Лабораторная работа «Основы работы на сканирующем зондовом микроскопе» ====== Работа посвящена освоению базовых принципов работы на современном сканирующем зондовом микроскопе (СЗМ). Работа состоит из трех частей: - [[#Теоретическая часть]] - [[#Практическая часть]] - [[#Обработка результатов]] Для обучения используется СЗМ модели «ФемтоСкан» ([[http://www.nanoscopy.ru|Центр перспективных технологий]]), программное обеспечение «[[http://www.nanoscopy.ru/software/demo-version/|ФемтоСкан Онлайн]]», офисный пакет (%%OpenOffice.org%% или Microsoft Office) ===== Теоретическая часть ===== Студенты знакомятся с устройством микроскопа, основными компонентами, принципом функционирования обратной связи. Доступ к обучающим материалам предоставляется через специализированный веб-сайт ([[http://distant.phys.msu.ru|distant.phys.msu.ru]]) ==== Устройство сканирующего зондового микроскопа ==== * [[wpru>Сканирующий атомно-силовой микроскоп]] * [[http://www.ntmdt.ru/spm-principles/view/afm|Устройство АСМ]] ==== Понятие обратной связи ==== * [[wpru>Обратная связь (техника)]] ==== ПИ-регулятор ==== * [[wpru>ПИД-регулятор]] * [[wp>PID_controller]] ==== Эмпирический метод Циглера-Никольса настройки ПИ-регулятора ==== * [[http://iprog.pp.ru/forum/read.php?f=1&i=43232&t=43225#reply_43232|о методе Циглера-Никольса]] * [[http://www.atmel.com/dyn/resources/prod_documents/doc2558.pdf|Дискретная реализация]] * [[wp>Ziegler–Nichols method|Ziegler–Nichols method]] ==== Кривые зависимости силы от расстояния ==== * http://www.ntmdt.ru/spm-principles/view/force-distance-curves * http://www.mechmat.caltech.edu/~kaushik/park/1-6-2.htm Эволюция систем управления зондовыми микроскопами Управление прибором в удаленном режиме – особенности, преимущества, недостатки ===== Практическая часть ===== Состоит из следующих заданий: - [[#Настройка параметров обратной связи]]. Доступ к установке осуществляется через Интернет посредством веб-браузера. Студенты должны подобрать звенья цепи обратной связи для оптимального отклика системы на возмущение. - [[#Настройка параметров обратной связи по методу Циглера-Никольса]]. Доступ к установке осуществляется через Интернет посредством программы "ФемтоСкан Олайн". Студенты должны подобрать звенья цепи обратной связи для оптимального отклика системы на возмущение, используя метод Циглера-Никольса. - [[#Сканирование образца]]. Доступ к установке осуществляется с помощью специализированного программного обеспечения. Студенты должны получить изображения образцов и произвести их анализ. ==== Настройка параметров обратной связи ==== === Задание === - На сайте [[http://www.nanoscopy.org/Applications.shtml|www.nanoscopy.org в разделе Scan Online]] произвести поочередную настройку интегрального и пропорционального звеньев, устанавливая одно из звеньев в 0 и варьируя второе от 0 до 10 с шагом 0.5, от 10 до появления генерации с шагом 5. Зафиксировать значения, при которых возникает генерация, с точностью до 0.1. - Подобрать пару значений интегрального и пропорционального звеньев, при которых оптимально отслеживается тестовый профиль. === Замечания по выполнению === Только один пользователь может управлять прибором – остальные являются наблюдателями. При подключении через браузер пользователь первоначально является наблюдателем, а при запуске процесса настройки (кнопка **Start** ) начинает управлять прибором. По окончании настройки ( **Stop** ) пользователь опять становится простым наблюдателем. Чтобы избежать поломки прибора неопытным пользователем, для выполнения задания используется макет микроскопа – выход сигнала обратной связи замкнут на координату Z .В реальном приборе отклик системы будет иметь другие характеристики, соответственно оптимальные значения звеньев будут отличаться. === Отчетные материалы === * Скриншоты браузера с указанием значений звеньев в виде одной презентации. * Скриншот с оптимальными значениями звеньев. * Обоснование выбора оптимальных значений (текст в свободной форме, можно в виде комментариев к файлу скриншота) ==== Настройка параметров обратной связи по методу Циглера-Никольса ==== === Задание === В программе «[[http://www.nanoscopy.ru/software/demo-version/|ФемтоСкан Онлайн]]» (см. [[http://www.nanoscopy.net/downloads/FemtoScan/FsOnlineManual_ru.pdf|руководство программы]]) произвести настройку пропорционального и интегрального звеньев: - Подключиться к серверу www.nanoscopy.org порт 25000 (стр. 23 руководства) - Запустить процесс «Модуляция Z» (стр. 30, 35 руководства) - Подобрать пропорциональное и интегральное звенья по методу Циглера-Никольса для ПИ регулятора (Исходные данные: частота дискретизации 15 КГц) Для расчета использовать [[wpru>ПИД-регулятор|следующие формулы]] === Замечания по выполнению === Установить программу « [[http://www.nanoscopy.ru/software/demo-version/|ФемтоСкан Онлайн]] », скачав последнюю версию с сайта. При установке выбрать тип установки "Обычная", либо при выборочной установке не устанавливать серверные компоненты (они ставятся только на компьютере непосредственно подключенном к прибору). Запросить у преподавателя ключ для регистрации программы (временная версия без ключа не позволяет подключиться к прибору). После регистрации в программе должно появиться меню «СЗМ» (ограничение по времени использования при этом может остаться). Для измерения периода автомодуляции нужно: - Остановить процесс - появится новое окно с копией кривой модуляции. - Выделить на кривой маркерами участок с автогенерацией и сделать его копию (**Кривая/Копировать**). - На появившемся участке измерить период колебаний более точно маркерами или на спектре. === Отчетные материалы === * Файлы с кривыми модуляции, полученными в процессе работы. На кривых должна быть отчетливо видна автомодуляция. * Презентация с описанием расчета звеньев по методу Циглера-Никольса для ПИ-регулятора, с формулами расчета. ==== Сканирование образца ==== === Задание === - Запустить программу [[http://www.nanoscopy.ru/software/demo-version/|ФемтоСкан Онлайн]] - Подключиться к серверу (адрес узнать упреподавателя), команда меню СЗМ/Подключиться клиентом. При подключении в поле "Пользователь" указать свою фамилию, иначе результаты сканирования могут быть не защитаны ввиду невозможности идентификации. - Перейти в режим управления (меню программы **СЗМ/Подключиться Мастером**) - Произвести первоначальный подвод (при необходимости) - Осуществить калибровку по кривой подвода-отвода F ( Z ) - Получить изображения образца с разнымразрешением: - Изображение максимального поля сканирования (максимальные ширина и высота в окне параметров на закладке "Поверхность") - Изображения 4-х квадрантов максимального поля: {{:image001.gif|}} === Отчетные материалы === * Файлы с полученными изображениями (1 – общее поле, 4 – квадранты) в формате .spm * Копия кадра общего поля с помеченными объектами * Таблица измеренных значений (высота, ширина, глубина) * Гистограммы распределения по высоте, ширине, глубине (в формате Excel или Calc). ===== Обработка результатов ===== Обработка результатов производится в специализированном программном обеспечении "ФемтоСкан Олайн". Результаты сканирования обрабатываются, анализируются, подготавливается отчет. Отчет включает: - Скриншоты веб-браузера - Файлы с данными снятых кривых - Файлы с данными сканированной поверхности - Гистограммы распределения объектов по длине, ширине, высоте(глубине) //Отчетные материалы предоставляются в виде файла-презентации на электронную почту или через веб-интерфейс.//