随着纳米技术时代的到来,测量已经进入了纳米、埃米量级。扫描隧道显微镜(STM)是纳米研究中最有力的工具之一。STM的测量原理是隧道效应,隧道电流与隧道间隙之间呈指数关系。隧道间隙只有几个纳米,微小的改变也会引起隧道电流极大的变化。因此基于此原理可以开发出具有极高灵敏度的传感器。本论文即是基于隧道效应的纳米级传感系统的研究。本论文的主要研究内容包括:1.全面了解了纳米级传感技术的发展情况,对基于隧道效应的纳米级传感系统进行了整体设计。针对系统中的微位移机构以及反馈控制部分进行了深入的研究和设计。2.对压电陶瓷的特性进行了理论分析,实验测试了WTYD系列压电陶瓷的固有特性。3.对柔性铰链结构进行了力学分析。比较了各种柔性铰链结构优缺点,设计了适合于本系统的柔性铰链结构。4.完成了微位移机构及探针夹持器的整体组装,实验测试了微位移机构的特性以及性能。5.对PID反馈控制进行了研究,设计了适合于本系统的反馈控制电路。6.对基于隧道效应的纳米级传感系统进行了实验测试,完全可以在隧道状态下稳定工作,达到纳米级精度。7.分析了实验系统中的误差来源,提出后续需要改进和解决的地方,为基于隧道效应的纳米级传感技术打下了基础。