《表面化學分析 掃描探針顯微鏡數(shù)據(jù)存儲格式》編制說明

廣東省分析測試協(xié)會團體標準

《表面化學分析掃描探針顯微鏡數(shù)據(jù)存儲

格式》

編制說明

《表面化學分析掃描探針顯微鏡數(shù)據(jù)存儲格式》編制組

2023年12月

I

1項目背景

項目背景，包括目的與意義、產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀、國內(nèi)外現(xiàn)行相關(guān)法律、法規(guī)和標

準情況等。

1.1本標準制定的目的與意義

隨著掃描探針顯微術(shù)（SPM）發(fā)展和應用的日益廣泛。在數(shù)據(jù)格式方面，

由于所用硬件平臺的不同等原因，各制造商所生產(chǎn)的SPM大都使用專用的數(shù)據(jù)

格式。這些數(shù)據(jù)格式大多互不兼容，給數(shù)據(jù)后續(xù)的傳輸、交換、共享、以及數(shù)

據(jù)存儲、分析處理和格式轉(zhuǎn)換帶來了不便。SPM數(shù)據(jù)格式的標準化是大勢所趨。

2011年，ISO發(fā)布了標準ISO28600（該標準已于2018年轉(zhuǎn)化為國家標準

GB/T36052-2018）。這是一個基于文本的、SPM數(shù)據(jù)傳送的格式標準。但ISO

28600并不是一套適合用于對SPM數(shù)據(jù)進行高效存儲和處理的理想方案，這是

因為該標準中所有數(shù)據(jù)都基于ASCII文本，與同信息量的基于二進制的文件相

比，占用的存儲空間相對較大，因此不太適合于SPM海量數(shù)據(jù)的存儲；其數(shù)據(jù)

結(jié)構(gòu)不支持隨機讀寫，數(shù)據(jù)分析處理時效率不高。

對于SPM數(shù)據(jù)的存儲和分析處理，目前國內(nèi)外還沒開放的、高效的數(shù)據(jù)存

儲格式的方案或標準。國內(nèi)外的各SPM制造商所生產(chǎn)的SPM儀器都使用專用

和非開放的數(shù)據(jù)格式進行存儲，這些SPM數(shù)據(jù)的格式互不兼容，大都各自開發(fā)

了SPM數(shù)據(jù)處理和格式轉(zhuǎn)化的專用軟件。這導致SPM數(shù)據(jù)的格式轉(zhuǎn)換和分析

處理的軟件共享仍然困難重重，基本只能以企業(yè)或組織間的商業(yè)合作為主要實

現(xiàn)方式。近年來國際上出現(xiàn)了一些優(yōu)秀的、具有開放性的SPM數(shù)據(jù)分析處理的

軟件平臺，如著名的國際開源項目GXSM(GnomeXScanningMicroscopy)，目前

已能實現(xiàn)對國際上20多種SPM專用數(shù)據(jù)格式的識別和分析處理。但是，由于

我國在SPM儀器制造領(lǐng)域目前還沒有具備國際競爭力的儀器制造企業(yè)和國際高

端的SPM儀器產(chǎn)品，在這一領(lǐng)域的國際合作和市場競爭中，我國仍處在非常不

利的地位。

1

1.2本標準與國內(nèi)外標準關(guān)系的說明

SPM格式的技術(shù)標準化的趨勢已經(jīng)得到廣泛認可，受到國內(nèi)外各界的廣泛

關(guān)注。國際標準化組織(ISO)已經(jīng)于2004年將SPM標準化列入其工作框架之內(nèi)

并建立了相應的技術(shù)委員會和分委員會(TC201/SC3)；建立了相應的研究小組

(WG-1,Informationformats)以深入研究SPM中的數(shù)據(jù)格式的標準化。按照ISO

的規(guī)劃，SPM數(shù)據(jù)格式的標準化將以SPM術(shù)語為起點，按照數(shù)據(jù)傳送、數(shù)據(jù)處

理和數(shù)據(jù)存儲的三步走策略逐步實現(xiàn)。SPM術(shù)語是作為現(xiàn)有《表面化學分析標

準》的補充內(nèi)容發(fā)布的（ISO18115）。2011年，ISO發(fā)布了一個基于文本的、

SPM數(shù)據(jù)傳送的格式標準，即ISO28600（DatatransferFormat）。根據(jù)ISO的

技術(shù)路線，還將建立SPM的數(shù)據(jù)處理方法（Dataprocessingmethods）和SPM的

綜合數(shù)據(jù)庫（ComprehensiveDatabaseforSPM）的技術(shù)標準。從國際國內(nèi)的發(fā)

展現(xiàn)狀和趨勢來看，建立一種適合用于對SPM儀器所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)進行保存和分

析處理的SPM數(shù)據(jù)存儲格式方案，是非常迫切需要的。

2

2標準起草工作簡況

標準起草工作簡況，包括任務來源、協(xié)作單位、主要工作過程、主要起草

人及其所做的工作等。

2.1任務來源

本任務來源于廣東省分析測試協(xié)會團體標準制修訂計劃項目《表面化學分

析掃描探針顯微鏡數(shù)據(jù)存儲格式》（2022年5月至2024年4月）。主導單位

為中山大學，包括中山大學物理學院和中山大學分析測試中心。協(xié)作單位包括

廣州中源儀器技術(shù)有限公司、暨南大學理工學院。

2.2起草單位、起草人

主要起草人及其所做的工作如下：

丁喜冬（中山大學物理學院）：負責數(shù)據(jù)存儲格式的總體設計、初稿撰

寫、實現(xiàn)、測試與應用。

肖章武（廣州中源儀器技術(shù)有限公司）：負責數(shù)據(jù)存儲格式的范例實現(xiàn)、

程序設計和測試、初稿的修訂和應用。

趙亮兵（廣州中源儀器技術(shù)有限公司）：負責數(shù)據(jù)存儲格式的程序測試和

標準的應用。

陳建（中山大學分析測試中心）：負責數(shù)據(jù)存儲格式的的測試、修訂和

標準的應用。

龔力（中山大學分析測試中心）：負責標準的測試、比較分析和應用。

謝偉廣（暨南大學理工學院）：負責標準范例及儀器產(chǎn)品的測試和應用。

劉金超（華南理工大學分析測試中心）：負責標準的測試、比較分析和應

用。

2.3主要工作過程

2022年5月：完成標準初稿的撰寫；

3

2022年10月：完成標準的修改與提交，項目通過論證并正式立項；

2023年1月：啟動標準的應用，用C語言編寫程序，在廣州中源儀器有限

公司生產(chǎn)的掃描探針顯微鏡產(chǎn)品首次使用符合本標準的掃描探針顯微鏡數(shù)據(jù)存

儲格式，實現(xiàn)了掃描探針顯微鏡數(shù)據(jù)的存儲，包括讀、寫和現(xiàn)實等功能。

2023年5月：完成標準的應用范例的編程，按照該標準編寫了程序軟件并

應用于廣州中源儀器有限公司生產(chǎn)的掃描探針顯微鏡產(chǎn)品中，并對程序進行了

測試和試用。

2023年8月：根據(jù)儀器應用情況，完成了對標準的修訂，形成了標準的討

論稿，在廣州中源儀器有限公司、中山大學物理學院、中山大學分析測試中心

進行了應用。

2023年10月：本標準的5家起草單位對標準討論稿進行了討論，廣州中源

儀器有限公司完成了產(chǎn)品范例的修改，改進后的標準范例和產(chǎn)品已在上述5家

單位分別進行了進一步的測試和應用。

另外，在2022年5月之前，與本標準有關(guān)的相關(guān)工作如下：

本標準主要起草人項目團隊核心成員（丁喜冬、陳建等）研究SPM實驗數(shù)

據(jù)的格式，主持制定了掃描探針顯微鏡的國家標準1件：中華人民共和國國家

標準《表面分析化學：掃描探針顯微鏡數(shù)據(jù)傳輸格式》，GB/T36052-2018，正

式發(fā)布日期：2018.3.15。中山大學團隊在國內(nèi)最先對SPM數(shù)據(jù)格式進行了研究，

分析了SPM數(shù)據(jù)格式標準化的要求和思路，提出了一種基于HDF5（HDF，

HierarchicalDataFormat）的SPM格式方案并開展了示例研究，發(fā)表了相關(guān)研究

論文《探針顯微鏡中數(shù)據(jù)格式的分析及轉(zhuǎn)換程序的設計》，電子顯微學報,

2011(03):215-221。本項目研究團隊致力于SPM儀器的高端產(chǎn)品的研發(fā)與應用。

技術(shù)成果轉(zhuǎn)化的主要承接單位是廣州中源儀器技術(shù)有限公司。

4

3標準編制原則和確定標準主要內(nèi)容的論據(jù)

標準編制原則和確定標準主要內(nèi)容的論據(jù)，標準修訂項目還應當列出和原

標準主要差異情況。

3.1標準的編制原則

本標準依據(jù)《廣東省分析測試協(xié)會團體標準制修訂工作程序》、遵循“統(tǒng)

一性、協(xié)調(diào)性、適用性、一致性、規(guī)范性”的原則，注重標準的可操作性，

本標準按照GB/T1.1-2020《標準化工作導則第1部分：標準的結(jié)構(gòu)和編寫規(guī)

則》給出的規(guī)則進行編寫和表述。

3.2確定標準主要內(nèi)容的依據(jù)

在表面分析測試領(lǐng)域，許多商用的掃描探針顯微鏡（SPM）在各種不同的

環(huán)境下使用。SPM的控制、數(shù)據(jù)的采集和處理都可以由帶有存儲器的計算機來

實現(xiàn)，所有的數(shù)據(jù)及參數(shù)都記錄在數(shù)字化的文件中。由于所用硬件平臺不同，

各制造商所生產(chǎn)的SPM大都使用專用的數(shù)據(jù)格式。這些數(shù)據(jù)格式大多互不兼容，

給數(shù)據(jù)的存儲、處理、傳輸、交換、共享等帶來了不便?；谖谋镜腟PM數(shù)據(jù)

格式，雖然能夠解決數(shù)據(jù)的傳輸、交換、共享等方面的問題，但存儲效率不高

且不利于數(shù)據(jù)的快速處理。各制造商所使用的SPM數(shù)據(jù)格式通常采用二進制存

儲，更加適合用于數(shù)據(jù)的存儲和分析處理，但存在兼容性、擴展性等方面的問

題，不便于數(shù)據(jù)的傳輸、交換和共享。因此，需要一種用于SPM數(shù)據(jù)的存儲和

共享的標準格式，主要應用于SPM中的實時數(shù)據(jù)存儲、高效分析處理和數(shù)據(jù)共

享等計算處理領(lǐng)域。

建立SPM的數(shù)據(jù)存儲格式的標準受到各界的重視和關(guān)注。SPM數(shù)據(jù)傳送的

格式標準的出發(fā)點主要是實現(xiàn)不同制造商的儀器得到的數(shù)據(jù)的傳輸、交換、共

享和歸檔，保證數(shù)據(jù)的完整性；增進交流，對從不同儀器得到的數(shù)據(jù)進行一致

的解釋和處理，以降低數(shù)據(jù)分析的不確定性。但ISO28600并不是一套適合用于

對SPM數(shù)據(jù)進行高效存儲和處理的格式方案。這是因為：該標準是中所有數(shù)據(jù)

5

都基于ASCII文本，與包含相同信息量的基于二進制的數(shù)據(jù)格式相比，占用的

存儲空間較大，因此不適合于海量數(shù)據(jù)的存儲；其數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)不支持隨機讀寫，

檢索不便，進行數(shù)據(jù)的分析處理時效率不高；另外，由于格式固定，其擴充性

受到一定制約。

本文件規(guī)定了在計算機上存儲掃描探針顯微鏡（SPM）數(shù)據(jù)的一種標準格

式。該格式以二進制和文本相混合的形式進行編碼，將SPM采集的數(shù)據(jù)、參數(shù)

和關(guān)聯(lián)信息進行緊湊地存儲，適合于對海量數(shù)據(jù)的存儲和共享。該格式的數(shù)據(jù)

結(jié)構(gòu)支持隨機讀寫，適合于對SPM數(shù)據(jù)進行高效的分析處理和讀寫。

6

4方法驗證及格式試驗

方法驗證及格式試驗包括主要試驗（或驗證）的情況介紹、分析報告、相

關(guān)技術(shù)和應用說明。

4.1基本情況

為確保本標準方法格式的“統(tǒng)一性、協(xié)調(diào)性、適用性、一致性、規(guī)范性”，

驗證本標準數(shù)據(jù)存儲格式的可操作性，標準起草工作小組組織5個單位（中山

大學物理學院、廣州中源儀器技術(shù)有限公司、中山大學分析測試中心、暨南大

學理工學院、華南理工大學分析測試中心），利用多個掃描探針顯微鏡儀器平

臺對本標準中掃描探針顯微鏡數(shù)據(jù)存儲格式進行了多方面的試驗、驗證以及測

試和應用。

4.1.1方法格式驗證的內(nèi)容

2023年5月：廣州中源儀器技術(shù)有限公司完成了標準應用范例的編程，在

所生產(chǎn)的掃描探針顯微鏡儀器產(chǎn)品中使用了符合本標準所定義的數(shù)據(jù)存儲格式。

截止到2023年10月底，本標準的5家起草單位對標準進一步的測試和應用，并

對本標準進行了討論和改進。

5家起草單位對本標準方法驗證及格式試驗的工作分別如下:

中山大學物理學院：負責數(shù)據(jù)存儲格式的總體設計、初稿撰寫、實現(xiàn)指

導、在掃描探針顯微鏡儀器系統(tǒng)中本標準格式的試驗與應用。

廣州中源儀器技術(shù)有限公司：負責數(shù)據(jù)存儲格式標準的范例實現(xiàn)、C++程

序的設計和測試及在該公司儀器產(chǎn)品（掃描探針顯微鏡）中的功能實現(xiàn)、標準

的應用結(jié)果收集及修改。

中山大學分析測試中心：負責儀器系統(tǒng)（掃描探針顯微鏡）中標準格式的

分析測試、改進和應用。

暨南大學理工學院：負責儀器系統(tǒng)（掃描探針顯微鏡）中標準格式的試驗

和應用。

7

華南理工大學分析測試中心：負責儀器系統(tǒng)（掃描探針顯微鏡）中標準格

式的分析測試和應用。

4.1.2方法格式驗證的結(jié)果

截止到2023年10月底，本團體標準《掃描探針顯微鏡數(shù)據(jù)存儲格式》已

在廣州中源儀器技術(shù)有限公司制造的掃描探針顯微鏡產(chǎn)品中實現(xiàn)和應用，目前

已經(jīng)在廣州中源儀器技術(shù)有限公司、中山大學物理學院、中山大學分析測試中

心、暨南大學理工學院、華南理工大學分析測試中心多個單位完成驗證和應用。

結(jié)果表明，使用本數(shù)據(jù)存儲格式標準的掃描探針顯微鏡產(chǎn)品的數(shù)據(jù)存儲效率較

高、性能穩(wěn)定，儀器產(chǎn)品使用方便。建議進一步征求意見并發(fā)布和推廣應用。

4.2驗證情況-1：廣州中源儀器技術(shù)有限公司

4.2.1基本情況

廣州中源儀器技術(shù)有限公司主要完成本標準中格式中的各種數(shù)據(jù)類型的實

現(xiàn)和驗證，負責將24位編碼格式和32位編碼的數(shù)據(jù)存儲格式標準分別集成到

公司制造的各型掃探針顯微鏡儀器產(chǎn)品中，包括：負責數(shù)據(jù)存儲格式標準的范

例實現(xiàn)、C++程序的設計和測試及功能實現(xiàn)、標準的應用結(jié)果收集及修改。驗

證時，特別注重編程實現(xiàn)的方便性、簡易性，并提供了相關(guān)的流程圖、源代碼

和界面截圖，對代碼的運行情況進行了詳細的分析和試驗。

總之，本標準格式在廣州中源儀器技術(shù)有限公司的掃描探針顯微鏡產(chǎn)品中

已全面應用、測試和應用。結(jié)果表明，該格式數(shù)據(jù)存儲效率較高、性能穩(wěn)定。

方法驗證及格式試驗時所用系統(tǒng)的軟硬件開發(fā)環(huán)境如下：

掃描探針顯微鏡的產(chǎn)品型號：中源儀器所有掃描探針顯微鏡產(chǎn)品，包括

WinSPMA/B/L、中源儀器EDU20。

驗證格式類型：24位編碼格式標準、32位編碼格式標準

計算機硬件環(huán)境：品牌兼容機，IntelCorei5，16G內(nèi)存，SSD256GB+

HDD1TB.

計算機軟件環(huán)境：Windows10，VisualStudio2019C#

8

4.2.2驗證過程及結(jié)果

1，開發(fā)步驟

根據(jù)團體標準文件描述創(chuàng)建文件頭部、各參數(shù)表表頭結(jié)構(gòu)定義源文件。

根據(jù)團體標準文件描述創(chuàng)建參數(shù)表結(jié)構(gòu)描述proto文件。

使用proto工具根據(jù)描述文件生成C#源文件實現(xiàn)參數(shù)表結(jié)構(gòu)的序列化和反

序列化。

在SPM在線控制軟件工程中引入新生成的源文件，在相應的程序節(jié)點填入

標準文件規(guī)定的信息，用戶選擇保存時將系統(tǒng)采集到的數(shù)字圖像信息和譜圖數(shù)

據(jù)序列化后保存到磁盤文件。

2，多通道圖像數(shù)據(jù)保存流程：

圖4.2-1多通道圖像數(shù)據(jù)保存流程

9

3，譜測量數(shù)據(jù)保存流程：

圖4.2-2譜測量數(shù)據(jù)保存流程圖

4.文件頭部定義源文件

usingSystem;

usingSystem.Collections.Generic;

usingSystem.Linq;

usingSystem.Runtime.InteropServices;

usingSystem.Text;

usingSystem.Threading.Tasks;

namespaceSPMController

{

[StructLayout(LayoutKind.Sequential,Pack=1)]

publicstructSpmDataFileHeader

{

publicUInt16sfType;

10

publicInt32sfSize;

publicInt32sfDataType;

publicInt32sfDataOffset;

}

[StructLayout(LayoutKind.Sequential,Pack=1)]

publicstructSpmDataInfoHeader

{

publicInt32sfHeadSize;

publicInt32sfWidth;

publicInt32sfHeight;

publicUInt16sfPlanes;

publicUInt16sfBitCount;

publicInt32sfCompression;

publicInt32sfDataSize;

publicInt32sfXScale;

publicInt32sfYScale;

publicInt32sfDataClrUsed;

publicInt32sfDataImportant;

}

[StructLayout(LayoutKind.Sequential,Pack=1)]

publicstructSpmTotalParametersHeader

{

publicUInt32saParametersIdentifier;//參數(shù)表的類型

publicInt32saParametersSize;//參數(shù)表字節(jié)數(shù)

publicInt32saParametersNumber;//參數(shù)表項數(shù)量

publicUInt32saMaxDataValue;//位圖數(shù)據(jù)的最大值

publicInt32saBaseParametersOffset;//基本參數(shù)表的偏移量(從參數(shù)表

頭開始)

publicInt32saExtendParametersOffset;//擴展參數(shù)表的偏移量(從參數(shù)表

頭開始)

publicInt32saRelationParametersOffset;//關(guān)聯(lián)參數(shù)表的偏移量(從參數(shù)

表頭開始)

}

[StructLayout(LayoutKind.Sequential,Pack=1)]

publicstructSpmSubParametersHeader

{

publicUInt32saParametersIdentifier;//參數(shù)表的類型

publicInt32saParametersSize;//參數(shù)表字節(jié)數(shù)

publicInt32saParametersNumber;//參數(shù)表項數(shù)量

}

[StructLayout(LayoutKind.Sequential,Pack=1)]

publicstructSpmSpectraHeader

{

publicUInt32saParametersIdentifier;//參數(shù)表的類型

publicInt32saParametersSize;//參數(shù)表字節(jié)數(shù)

publicInt32saSpectraNumber;//譜曲線顯示信息表數(shù)據(jù)項數(shù)量

publicInt32saOrdinatesNumber;//縱坐標（待測變量）表項數(shù)量

11

publicInt32saTimesNumber;//每個位置測量遍次數(shù)量

publicInt32saPositionsNumber;//測量位置表項數(shù)量

publicInt32saDisplayColorUsed;//譜曲線數(shù)據(jù)在顯示時使用的顏色

數(shù)目

publicInt32saDisplayColorEach;//每條譜曲線數(shù)據(jù)在顯示時使用的

顏色數(shù)目

publicInt32saPaletteIdentifier;//對應彩色表索引號

publicInt32saPaletteNumber;//對應彩色表顏色數(shù)量

}

[StructLayout(LayoutKind.Sequential,Pack=1)]

publicstructSpmDataRelationHeader

{

publicUInt32saParametersIdentifier;//參數(shù)表的類型

publicInt32saParametersSize;//插件表字節(jié)數(shù)

publicInt32saParametersNumber;//插件表數(shù)據(jù)的項數(shù)

publicInt32saParametersOffset;//插件表數(shù)據(jù)的偏移量(從關(guān)聯(lián)表頭開始)

[MarshalAs(UnmanagedType.ByValArray,SizeConst=(16))]

publicbyte[]saDataIdentifier;//數(shù)據(jù)的唯一標識

[MarshalAs(UnmanagedType.ByValArray,SizeConst=(16))]

publicbyte[]saAuxiliaryIdentifier;//數(shù)據(jù)的輔助標識

publicUInt16saSubdataCoordinates1;

publicUInt16saSubdataCoordinates2;

publicUInt16saSubdataCoordinates3;

publicUInt16saSubdataCoordinates4;

}

}

5.各參數(shù)表表結(jié)構(gòu)定義源文件（部分）

//<auto-generated>

//Generatedbytheprotocolbuffercompiler.DONOTEDIT!

//source:proto/SPMDataPto

//</auto-generated>

#pragmawarningdisable1591,0612,3021,8981

#regionDesignergeneratedcode

usingpb=global::Google.Protobuf;

usingpbc=global::Google.Protobuf.Collections;

usingpbr=global::Google.Protobuf.Reflection;

usingscg=global::System.Collections.Generic;

namespaceSPMController.ProtoData{

///<summary>Holderforreflectioninformationgeneratedfrom

proto/SPMDataPto</summary>

publicstaticpartialclassSPMDataParametersReflection{

#regionDescriptor

///<summary>Filedescriptorforproto/SPMDataPto</summary>

publicstaticpbr::FileDescriptorDescriptor{

get{returndescriptor;}

}

privatestaticpbr::FileDescriptordescriptor;

staticSPMDataParametersReflection(){

12

byte[]descriptorData=global::System.Convert.FromBase64String(

string.Concat(

"Ch1wcm90by9TUE1EYXRhUGFyYW1ldGVycy5wcm90bxIXU1BNQ29udHJvbGxl",

"ci5Qcm90b0RhdGEiJAoRU3BtQmFzZVBhcmFtZXRlcnMSDwoHc3BMYWJlbBgB",

"IAMoCSKHAQoWU3BtRXhwZXJpbWVudFBhcmFtZXRlchIPCgdzcExhYmVsGAEg",

"ASgJEg4KBnNwVW5pdBgCIAEoCRIPCgdzcFZhbHVlGAMgASgBEhUKDXNwQ2Fs",

"aWJyYXRpb24YBCABKAESFgoJc3BDb21tZW50GAUgASgJSACIAQFCDAoKX3Nw",

"Q29tbWVudCJYChdTcG1FeHBlcmltZW50UGFyYW1ldGVycxI9CgRkYXRhGAEg",

"AygLMi8uU1BNQ29udHJvbGxlci5Qcm90b0RhdGEuU3BtRXhwZXJpbWVudFBh",

"cmFtZXRlciLiAgoPU3BtSW1hZ2VEaXNwbGF5Eg8KB3NwTGFiZWwYASABKAkS",

6.參數(shù)表結(jié)構(gòu)描述proto文件（部分）

syntax="proto3";

optioncc_enable_arenas=true;

packageSPMController.ProtoData;

messageSpmBaseParameters{

repeatedstringspLabel=1;

}

messageSpmExperimentParameter{

stringspLabel=1;

stringspUnit=2;

doublespValue=3;

doublespCalibration=4;

optionalstringspComment=5;

}

messageSpmExperimentParameters{

repeatedSpmExperimentParameterdata=1;

}

messageSpmImageDisplay{

stringspLabel=1;

stringspUnit=2;

int32spChannelNo=3;

int32spPassNo=4;

doublespDataStart=5;

doublespDataEnd=6;

doublespDisplayStart=7;

doublespDisplayEnd=8;

doublespImportantStart=9;

doublespImportantEnd=10;

int32spDisplayColorUsed=11;

int32spDisplayColorImportant=12;

int32spPaletteIndex=13;

int32spPaletteNumber=14;

stringspComment=15;

}

13

7.測試驗證步驟：

運行SPM在線控制軟件。

連接到WinSPM原子力顯微鏡儀器，在“設置”-“常用設置”中選擇保存

為團體標準格式。

將合適的樣品放置在樣品臺，執(zhí)行調(diào)節(jié)、逼近等準備工作。

打開掃描模塊，設置需要的掃描范圍、掃描分辨率、成像通道，選擇自動

保存，點擊“運行”開始掃描樣品。

程序在掃描完成后自動保存。

8.測試驗證結(jié)果：

表4.2-1數(shù)據(jù)文件頭驗證情況

字段序號字段標識字段名稱驗證情況

1bitmapfileidentifier數(shù)據(jù)文件類型標識符通過

2fileSize數(shù)據(jù)部分的大小通過

3datatypeidentifierSPM圖像數(shù)據(jù)的類型標識符通過

4BitmapDataOffset圖像數(shù)據(jù)偏移量通過

表4.2-2數(shù)據(jù)信息頭驗證情況

字段序號字段標識字段名稱驗證情況

1bitmapheadSize數(shù)據(jù)信息頭的長度通過

2bitmapwidth位圖寬度通過

3bitmapheight位圖高度通過

4bitmapplanes位圖的位面數(shù)通過

5bitcount像素數(shù)據(jù)位數(shù)通過

6datacompression數(shù)據(jù)的壓縮方式通過

7bitmapdataSize位圖數(shù)據(jù)的大小通過

8bitmapXscale位圖的水平分辨率通過

9bitmapYscale位圖的垂直分辨率通過

10colorused使用的顏色索引數(shù)通過

11colorImportant重要的顏色索引數(shù)通過

14

表4.2-3參數(shù)表表頭驗證情況

字段序號字段標識字段名稱驗證情況

1TotalParametersIdentifier參數(shù)表標識符='PARS'通過

2TotalParametersSize整個參數(shù)表的字節(jié)數(shù)通過

3TotalParametersNumber整個參數(shù)表數(shù)據(jù)的個數(shù)通過

4BitmapDataMaximum位圖數(shù)據(jù)最大值通過

Value

5BaseParametersOffset從參數(shù)表頭開始到基本參數(shù)表通過

之間的字節(jié)的偏移量

6ExtendParametersOffset從參數(shù)表頭開始到擴展參數(shù)表通過

開始之間的字節(jié)的偏移量

7RelationParametersOffset從參數(shù)表頭開始到關(guān)聯(lián)參數(shù)表通過

開始之間的字節(jié)的偏移量

表4.2-4基本參數(shù)表表頭驗證情況

字段序號字段標識字段名稱驗證情況

1BaseParametersIdentifier參數(shù)表標識符='BASE'通過

2BaseParametersSize基本參數(shù)表的字節(jié)數(shù)通過

3BaseParametersNumber基本參數(shù)表數(shù)據(jù)的個數(shù)通過

表4.2-5擴展參數(shù)表表頭驗證情況

字段序號字段標識字段名稱驗證情況

1ExtendParametersIdentifier擴展參數(shù)表標識符='EXTD'通過

2ExtendParametersSize擴展參數(shù)表的字節(jié)數(shù)通過

3ExtendParametersNumber擴展參數(shù)表數(shù)據(jù)的個數(shù)通過

表4.2-6關(guān)聯(lián)參數(shù)表表頭驗證情況

字段序號字段標識字段名稱驗證情況

1RelationParameters關(guān)聯(lián)參數(shù)表標識符='RELA'通過

Identifier

2RelationParametersSize關(guān)聯(lián)參數(shù)表的字節(jié)數(shù)通過

3RelationParametersNumber關(guān)聯(lián)參數(shù)表數(shù)據(jù)的個數(shù)通過

4DataIdentifierSPM數(shù)據(jù)的唯一標識通過

15

5AuxiliaryIdentifierSPM數(shù)據(jù)的輔助標識通過

6SubdataCoordinates1子數(shù)據(jù)坐標1的最大數(shù)通過

7SubdataCoordinates2子數(shù)據(jù)坐標2的最大數(shù)通過

8SubdataCoordinates3子數(shù)據(jù)坐標3的最大數(shù)通過

9SubdataCoordinates4子數(shù)據(jù)坐標4的最大數(shù)通過

表4.2-7數(shù)據(jù)來源表表頭驗證情況

字段序號字段標識字段名稱驗證情況

1ParametersListIdentifier數(shù)據(jù)來源表標識符='DTSR'通過

2RelationParametersSize數(shù)據(jù)來源表的字節(jié)數(shù)通過

3RelationParametersNumber數(shù)據(jù)來源表數(shù)據(jù)的個數(shù)通過

表4.2-8插件信息表表頭驗證情況

字段序號字段標識字段名稱驗證情況

1ParametersListIdentifier插件信息表標識符='PLUG'通過

2PluginParametersSize插件信息表的字節(jié)數(shù)通過

3PluginParametersNumber插件信息表數(shù)據(jù)的個數(shù)通過

表4.2-9關(guān)聯(lián)參數(shù)表表頭驗證情況

字段序號字段標識字段名稱驗證情況

1ParametersListIdentifier處理參數(shù)表標識符='TRMT'通過

2RelationParametersSize處理參數(shù)表的字節(jié)數(shù)通過

3RelationParametersNumber處理參數(shù)表數(shù)據(jù)的個數(shù)通過

下面給出了一些與測試驗證結(jié)果相關(guān)的軟件測試過程的截圖。

圖4.2-3多通道圖像數(shù)據(jù)文件頭文件截圖

16

圖4.2-4多通道圖像數(shù)據(jù)信息頭文件截圖

圖4.2-5多通道圖像參數(shù)表頭文件截圖

4.3驗證情況-2：中山大學物理學院

4.3.1基本情況

中山大學物理學院負責數(shù)據(jù)存儲格式的總體設計、初稿撰寫、實現(xiàn)指導、

在掃描探針顯微鏡儀器系統(tǒng)中本標準格式的試驗與應用。在方法驗證及格式試

驗方面，中山大學物理學院主要完成了本標準中格式中24位編碼的格式類型的

編程實現(xiàn)、測試、試驗和應用，以及32位編碼格式標準的測試驗證和應用，內(nèi)

容包括測試環(huán)境、過程、方法、結(jié)果和結(jié)論。

總之，本標準格式在中山大學物理學院已進行全面的測試、試驗和應用。

結(jié)果表明，應用該格式的掃描探針顯微鏡系統(tǒng)性能穩(wěn)定、使用方便。

方法驗證及格式試驗時所用儀器系統(tǒng)的軟硬件開發(fā)環(huán)境如下：

計算機硬件環(huán)境：Dell臺式機，IntelCorei5，16G內(nèi)存，SSD256GB+

HDD1TB.

17

掃描探針顯微鏡的產(chǎn)品型號：WinSPMEDU20-A

探針類型：Akiyama-probe

驗證格式類型：24位編碼的格式類型、32位編碼格式標準

4.3.2驗證過程及結(jié)果

在上述掃描探針顯微鏡產(chǎn)品上進行方法格式驗證，采用Akiyama壓電自感

應探針，對各種樣品進行掃描成像，本標準中格式中24位編碼的格式類型進行

數(shù)據(jù)的存儲和讀出，以及32位格式標準的使用。圖像掃描的驗證結(jié)果如下。

圖4.3-1磁盤形貌掃描，采用24位編碼的格式

圖4.3-2存儲后讀出的磁盤形貌圖，采用24位編碼的格式

18

圖4.3-3光柵形貌掃描，采用32位編碼的格式類型

4.4驗證情況-3：中山大學分析測試中心

4.4.1基本情況

中山大學分析測試中心負責儀器系統(tǒng)（掃描探針顯微鏡）中標準格式的分

析測試、改進和應用。在方法驗證及格式試驗方面，中山大學分析測試中心主

要完成了24位編碼的格式類型、32位編碼格式標準的測試和驗證（包括圖像

和譜數(shù)據(jù)），使用音叉型自感應探針和激光探針，funny光柵、磁盤等樣品。

總之，中山大學分析測試中心對本標準格式進行了分析測試、試驗和應

用。結(jié)果表明，本標準格式及其儀器系統(tǒng)使用方便、性能穩(wěn)定。

方法驗證所用儀器系統(tǒng)的軟硬件環(huán)境如下：

計算機硬件環(huán)境：品牌兼容機，IntelCorei5，16G內(nèi)存，SSD256GB+

HDD1TB.

掃描探針顯微鏡產(chǎn)品型號：WinSPMB

探針類型：Akiyama-probe、激光探針

驗證格式類型：24位編碼的格式類型、32位編碼格式標準

19

4.4.2驗證過程及結(jié)果

在上述掃描探針顯微鏡產(chǎn)品上進行方法格式驗證，采用Akiyama壓電自感

應探針，對各種樣品進行掃描成像，本標準中格式中24位編碼的格式類型進行

數(shù)據(jù)的存儲和讀出，以及32位格式標準的使用。圖像掃描的驗證結(jié)果如下。

圖4.4-1磁盤形貌掃描，采用24位編碼的格式

圖4.4-2存儲后讀出的光柵funny圖案，采用32位編碼的格式標準

20

圖4.4-3譜數(shù)據(jù)（力-距離曲線），采用32位編碼的格式類型

4.5驗證情況-4：暨南大學理工學院

4.5.1基本情況

在方法驗證及格式試驗方面，暨南大學理工學院主要負責儀器系統(tǒng)（掃描

探針顯微鏡）中標準格式的試驗和應用。暨南大學理工學院使用激光型探針和

音叉型自感應探針完成了32位編碼格式標準的圖像數(shù)據(jù)的測試和驗證，樣品為

磁盤、funny圖案和光柵。

總之，暨南大學理工學院對本標準格式進行了試驗和應用。結(jié)果表明，所

使用的掃描探針顯微鏡儀器性能穩(wěn)定，本標準格式使用和應用方便。

方法驗證所用儀器系統(tǒng)的軟硬件環(huán)境如下：

計算機硬件環(huán)境：dell兼容機，IntelCorei5，16G內(nèi)存

掃描探針顯微鏡產(chǎn)品型號：WinSPMB

探針類型：輕敲模式激光探針，Akiyama-probe

驗證格式類型：32位編碼格式標準的圖像數(shù)據(jù)

4.5.2驗證過程及結(jié)果

21

在上述掃描探針顯微鏡產(chǎn)品上進行方法格式驗證，分別采用激光探針和

Akiyama壓電自感應探針，對各種樣品進行掃描成像，用本標準中格式中的32

位格式標準存儲和讀出圖像數(shù)據(jù)。

存儲和讀出圖像的驗證結(jié)果如下。

圖4.5-1磁盤形貌圖，輕敲模式激光探針，采用32位編碼的格式標準

圖4.5-2光柵funny圖案，Akiyama-probe，采用32位編碼的格式標準

22

圖4.5-3二維光柵圖案，Akiyama-probe，采用32位編碼的格式標準

4.6驗證情況-5：華南理工大學分析測試中心

4.6.1基本情況

在方法驗證及格式試驗方面，華南理工大學分析測試中心主要負責儀器系

統(tǒng)（掃描探針顯微鏡）標準格式的分析測試和應用。華南理工大學分析測試中

心使用激光型探針的接觸模式形貌成像、完成了32位編碼格式標準的圖像數(shù)據(jù)

的測試和驗證，樣品為光盤。

總之，華南理工大學分析測試中心對本標準格式進行了測試和應用。結(jié)果

表明，所使用的掃描探針顯微鏡系統(tǒng)應用了本標準格式，儀器使用方便。

方法驗證所用儀器系統(tǒng)的軟硬件環(huán)境如下：

計算機硬件環(huán)境：dell兼容機，IntelCorei5，16G內(nèi)存

掃描探針顯微鏡產(chǎn)品型號：WinSPML

探針類型：接觸模式的激光型探針

驗證格式類型：32位編碼格式標準的圖像數(shù)據(jù)

23

4.6.2驗證過程及結(jié)果

在上述掃描探針顯微鏡產(chǎn)品上進行方法格式驗證，采用激光探針，對各種

樣品進行掃描成像，用本標準中格式中的32位格式標準存儲和讀出圖像數(shù)據(jù)。

掃描和存儲的圖像的驗證結(jié)果如下。

圖4.6-1光盤形貌圖，接觸模式激光探針，采用32位編碼的格式標準

圖4.6-2存儲和讀出后的光盤形貌圖，激光探針，采用32位編碼的格式標