共振频率与纳米定位
24.03.23
共振频率如何定义纳米定位平台性能
人们普遍认为，如果了解了纳米定位平台的共振频率，就可以准确地展示其性能，尤其是动态性能。简单来说，共振频率越高，每个平台轴的运动就越快。然而，就像生活中的许多事情一样，它并没有那么简单!
实际上，共振频率由几个因素决定。 这些因素都会影响平台的性能，因此在正确选择纳米定位系统之前，需要综合考虑以下因素：
- 制造平台的材料，因为材料的刚度和密度会影响共振频率。低密度材料的运动质量越小，共振频率越高；然而，如果增加负载，则共振频率将迅速下降。 相比之下，高刚度平台，即使是由重型材料制造，也能更好地保持其共振频率。
- 施加到纳米定位台的负荷定义了加载的共振频率，通常被认为是每个轴的第一个共振
- 控制和反馈电子设备，对于控制诸如第一和第二共振对每个平台轴动态位置的影响等因素至关重要。
- 整个系统，包括平台及其所有安装附件或柔性铰链，以及安装平台的设备，每个组件都可能产生不同的共振频率。
纳米定位平台的设计
从上面的简要介绍中可以清楚地看出，为什么仅考虑每个轴的共振频率无法提供纳米定位系统性能的准确图片。也正因如此，多数情况下，只有定制系统才能满足各个应用程序的特定要求。
- 例如，必须选择与应用相匹配的共振频率特性的结构材料和平台设计。此计算中的一个关键因素是施加的载荷。这就是为什么我们经常在许多数据表中关注负载性能，因为这个标准能更好地反映平台的实际用途。一般来说，作用在平台上的负载越大，平台的共振频率就越低。我们的高刚度平台意味着共振频率受负载变化的影响较小，因此任何动态调谐对负载的变化都不太敏感。
数字控制
纳米定位平台的高级数字控制至关重要。尤为明显的是，它可根据速度、分辨率和有效负载精确调整系统的性能特征，同时消除不必要的共振频率影响。
我们使用定制的软件算法和陷波滤波器的组合来实现这一性能，后者能够在狭义的频率范围内衰减信号。因此，我们可以最大限度地减少接近共振频率的频率影响，有效地降低第一和第二频率对动态定位的影响。
我们还有算法模块工具箱，可优化平台性能。速度和加速度控制算法能够使平台比仅依赖位置控制的设备实现更高级的操作带宽驱动。 虽然后者采用PID控制位置，但无法提供足够的精度来控制高速运动。如果需要在移动平台时进行控制以产生精确的波形或斜坡，则需要更多的控制。轨迹控制能够使平台轴快速移动到几纳米以内的精确位置，而不会引起平台共振。 通过使用这些控制方法，可以实现超过共振频率50%的带宽，而经典PID控制的带宽仅为10%左右。
此外，我们近期在多款纳米定位平台上引入了共振检测系统，该系统在检测到平台轴开始共振时，会立即关闭系统以确保系统免受损坏。
做出正确的选择
我们的电子纳米定位控制器为匹配不同平台机制和执行器的准确特性而设计，以保障设备具有超高标准的精度、可重复性和可靠性。 例如，多通道NPC-D-6000能够控制多达三个压电陶瓷促动器和两轴或三轴纳米定位设备，具有皮米级的定位分辨率。 另外，我们的NPC-D-5200系列压电陶瓷促动器闭环控制器是优化高速平台性能的理想选择，每个控制器每秒可自动计算多达120，000个平台的位置读数。
为特定应用选择纳米定位平台和控制技术的最佳组合并不简单。正如上面所说，选择时需要考虑不同的因素，共振频率只是其中之一，迟滞、整定时间、回转和非线性也是需要考虑的因素。 这些因素共同影响着不同平台的性能、分辨率和可重复性，从而影响使用显微镜装置所得出的科研结果。
因此选择专门为您的应用而开发的系统，并与具有技术、经验和资源的制造商合作非常重要，以便帮您作出最佳方案选择。
Prior Scientific从事精密工程已有100多年的历史，在Queensgate纳米定位（1978）方面有着40多年的经验积累。我们拥有雄厚的研究、制造能力和多样化的产品系列（标准和定制工程），可为您提供最广泛的选择范围，并且为您和团队提供专业的技术和商业支持。
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