チューブアセンブリの3次元有限要素モデリングを介した圧電チューブスキャナーの共振周波数の予測

この論文では、スキャンプローブ顕微鏡で使用される圧電チューブスキャナーの共振挙動を研究します。特に、有限要素モデルを使用して、スキャナーの動的な応答に境界効果、つまり非忠実な結合層と弾性チップホルダーを含めることを可能にします。既存の分析モデルは軸共鳴周波数の良好な推定を提供しますが、最初の曲げ共鳴の予測は最大100％の誤差を持つ可能性があることを示しています。さらに、いくつかの事前に計算された因子を組み合わせて、広範囲の典型的なスキャナー寸法の最低共振周波数を予測する簡単な手順が提案されています。手順を説明し、予測を検証するために実験が行われます。

In this paper, we study the resonant behavior of a piezoelectric tube scanner used in scanning probe microscopes. In particular, we use a finite element model to allow the inclusion of boundary effects, i.e., nonrigid bonding layers and elastic tip holder, on the dynamic response of the scanner. We show that although existing analytical models provide a good estimation of the axial resonant frequency, their predictions of the first bending resonance may have up to a 100% error. In addition, a simple procedure is proposed that combines some precalculated factors to predict the lowest resonant frequency for a wide range of typical scanner dimensions. An experiment is carried out to illustrate the procedure and validate the prediction.