[发明专利]一种压电驱动测量跟踪方法、系统及使用方法

说明书

技术领域

本发明涉及测量控制技术领域，特别涉及一种压电驱动测量跟踪方法、系统及使用方法。

背景技术

自上世纪90年代以来，随着显微操控和精密测量技术的发展，物理、化学和生命等学科的研究和工程应用逐渐深入到微米纳米或者说单个分子水平。在单分子水平的研究清晰的揭示了分子的结构、功能和运动，从本质上解释了分子体系和物质的物理化学现象，有关研究成果呈爆炸式增长。常用的单分子操控设备有：玻璃微针、原子力显微镜、光蹑、磁镊等。这些设备一般要对微米纳米尺度的物质进行动态观测和操作控制，对时间和空间分辨率的要求越来越高。

以目前已出现的光镊和磁镊为例，包括成像装置、操控和施力装置、样品槽等。选用图像传感器来记录物体运动，实时传送到中央监控器上进行图像处理和计算。物体可以是直径若干微米的微珠，细胞，PM2.5颗粒物，或者荧光分子。这种装置和方法的精确度一般只能达到几十纳米，测量速度依赖于传感器的响应速度，比较慢。这种分辨率制约了前沿科技的研究。而且，现有技术一般只能观测固定位置的微颗粒物，微颗粒物发生位移时，需要手工调整观测系统，操作不太方便。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种可自动跟踪观测不同位置的物体，且时间和空间分辨率高，适合观察微米纳米物质的运动变化的压电驱动测量跟踪方法、系统及使用方法。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种压电驱动测量跟踪系统，包括中央监控器、摄像机、成像管装置、压电装置、电压放大器及物镜；所述摄像机与所述中央监控器连接，将拍摄的图片信号传递给所述中央监控器；所述中央监控器与所述电压放大器连接，所述中央监控器通过电压控制所述电压放大器；所述电压放大器与所述压电装置连接，通过电压使所述压电装置产生形变；所述物镜设置在所述压电装置下方，所述压电装置带动所述物镜运动；所述成像管装置设置在所述压电装置的上方，所述成像管装置采集所述物镜观测的图像信号；所述摄像机与所述成像管装置连接，所述摄像机拍摄所述成像管装置的成像。

进一步地，所述中央监控器包括图像处理模块及压电驱动模块；所述图像处理模块对摄像机拍摄的图像进行图像处理，分析出物体图像谱变化；所述压电驱动模块控制压电装置运动进一步地，所述成像管装置包括丁字形成像管，所述丁字形成像管一端与所述摄像机连接，另一端与所述压电装置连接。

进一步地，所述压电装置包括压电陶瓷；所述压电陶瓷为环形；所述压电陶瓷一端与所述丁字形成像管连接，另一端与所述物镜连接。

根据本发明的一个方面，提供一种压电驱动测量跟踪系统的使用方法，包括步骤1.1，物镜和丁字形成像管把物体的像投到摄像机，摄像机将物体的像传输给中央监控器的图像处理模块，进行图像处理，中央监控器的压电驱动模块通过控制电压放大器驱动压电陶瓷带动物镜运动，分别选择底部参照物和待测物体；步骤1.2，中央监控器分析出物体图像谱，再通过电压放大器控制压电陶瓷形变，带动目镜动作，不断反馈各个位置的图像；步骤1.3，中央监控器输出物体位移值，并驱动物镜到达适宜观察物体的位置，进行跟踪。

进一步地，所述步骤1.1包括物镜和丁字形成像管把物体的像投到摄像机，再传输给中央监控器的图像处理模块，进行图像处理；中央监控器的压电驱动模块通过控制电压放大器，使压电陶瓷产生形变，改变物镜的位置，聚焦到底部参照物，同时记录压电陶瓷位移；再通过中央控制器调整压电陶瓷和物镜，选择一个待测的物体并聚焦，同时记录压电陶瓷位移。

进一步地，所述步骤1.2包括中央监控器通过压电陶瓷改变物镜的位置，在底部参照物聚焦平面附近连续扫描，计算出各个位置的图像谱，选出标准的图像谱，输出该谱对应的压电陶瓷参照位移值；中央监控器通过压电陶瓷改变物镜的位置，在待测物体聚焦平面附近连续扫描，计算出各个位置的图像谱，选出标准的图像谱，输出该谱对应的压电陶瓷目标位移值；压电陶瓷目标位移值与压电陶瓷参照位移值之间的距离就是物体的位移。

进一步地，所述步骤1.3包括根据物体的动态位移，中央监控器驱动压电陶瓷和镜头移动到适合观察的位置，实现动态跟踪。

根据本发明的一个方面，提供一种压电驱动测量跟踪方法包括步骤2.1，建立物体的一系列位移与一系列图像谱的测量标准；步骤2.2，物镜和丁字形成像管把物体的像投到摄像机，再传输给中央监控器的图像处理模块，进行图像处理，实时测量物体的图像谱，并与测量标准做比对，输出位移。