Давайте начнем с начала.
Вы собираетесь измерять периодическую силу, воздействующую на камертон. Сила эта скореллирована с частотой колебаний TF, так как возникает из-за движения зонда в поле Ван-дер-Ваальсовых сил у поверхности. Поскольку сила периодическая, мы можем разложить ее на две компоненты - по sin и cos. Можно их как угодно дальше называть - изменение добротности и частоты, диссипативные и упругие силы, смысл от этого не меняется, главное не забывать, что мы собственно собираемся регистрировать нашим датчиком.
Воздействие силы на датчик приводит к возникновению переходных процессов в системе. Если измерять параметры, связанные с амплитудой колебаний вилки, то время переходного процесса определяется ее добротностью. Если измерять параметры, связанные непосредственно с воздействием силы на камертон, постоянные времени могут быть другими, не связанными с добротностью, при этом время установления амплитуды колебаний будет по прежнему определяться добротностью вилки.
Порог чувствительности системы будет определяться шумами сопротивления потерь вилки, шумами системы, возбуждающей колебания вилки и шумами усилителей.
Отметим также, что задачей системы обратной связи по Z является поддержание стабильного значения силы взаимодействия колеблющегося зонда с поверхностью. Поэтому среднее значение силы является константой.
Если принять это во внимание, то должно стать понятно, что не нужно делать обратных связей, кроме основной по координате. При нормальной работе Вы будете иметь небольшие колебания выходных сигналов, при этом резонансная частота вилки изменится настолько незначительно, что не будет существенным образом влиять не поведение системы (незначительным будем считать уход фазы на несколько градусов от 0).
Изменение фазы при "скачке" внешней силы, например "наезде" зонда на ступеньку, происходит с постоянной времени реакции датчика. Конечно 45 градусов набирается не за один период, а за сотни.
Так же, как и изменения тока через вилку, который Вы собираетесь регистрировать.
Попытайтесь в этом ключе посмотреть на подстройку частоты во время работы, и Вы поймете, что она не нужна. В конечном итоге ведь нужно измерять силы, воздействующие на зонд, а не параметры вилки, поэтому, меняя "на ходу" параметры системы Вы только вносите искажения в процесс работы.
Статьи вечером пришлю на мыло.

Да уж, похоже это не такой простой процесс как я думал. Видимо до меня физический смысл основных действий так и не довели. придётся досканально разобраться в физике процесса. Если я правильно понимаю, сила взаимодействия будет вносить некую фазовую задержку, которую я и должен выцепить своей схемой.


Спасибо за разъяснения, кажется есть небольшие просветления. Видимо с TF пока подожду, мне щас главное сделать на кантеливере с оптической схемой. Там четко было сказано следить за частотой, так как сканирования нет. Но правда плату в цифре мне все равно придётся доделать, отказаться от идеалогии уже поздно. Буду "мудрить" в софте. Если что-то получится, потом поделюсь результатами, может быть вам будет интересно.

Не совсем верно. Надо не некую "фазовую задержку" ловить, а встроить камертон в систему, которая с ним бы взаимодействовала, и позволяла получать сигналы, пропорциональные приложенным силам быстрее, чем установятся колебания камертона. Камертон отдельно - предмет простой, и у него всего одна постоянная времени. А физический смысл, я думаю, и Ваши заказчики смутно понимают.
С кантилевером ФАПЧ вещь весьма разумна - при высоких частотах и приличной добротности, если при том еще "тормознутая" обратная связь или керамика подвижки, может произойти проскок фазы. Учтите следующие моменты - постоянная времени ФАПЧ должна быть сильно меньше постоянной обратной связи. Лучший вариант, если интегратором в ФАПЧ будет собственно колеблющийся кантилевер. Подстраивать частоту надо с минмально возможным шагом - как только на единичное приращение частота изменилась, сразу ее добавлять, не копить, чтобы не создавать разрыва в производной сигнала возбуждения. Можно, например, регистр фазовой скорости в DDS сделать в в иде реверсивного счетчика, и дергать "плюс один" и "минус один" из DSP, как только накопится соответствующая разность фаз.
При обработке не увлекайтесь фильтрами. Следите за общим поворотом фазы (выделенного сигнала) на максимальной частоте пропускания - от этого будет зависеть работа обратной связи по Z, не делайте сложных фильтров с "хитрым" поведением фазы и групповой задержки.
Для кантилевера задача существенно проще - его отклик практически линеен от перемещения и он держит большие запаздывания и ошибки системы обратной связи.

И снова я, со своими глупыми распросами...
Помогите понять математику и физику процесса. Если переодическая сила подмешивается на фоне основной частоты колебаний TF, это выливается в виде фазовых сдвигов в основной частоте или суммы отдельной дополнительной переодической копоненты? Просто не поняв это, я делаю то не знаю что...Я же в итоге должен сделать соответсвующую обработку. Ранее я предпологал вытаскивать фазовый сдвиг. В статье я нашёл такую вот формулу:
F(t) = Asin(2pf0t)(1+Bsin(2pfct)) - но что в ней интересует физика? Т.е какую компоненту я должен выделеть? Мне кажеттся что fc но я не уверен. А где здесь фигурирует добротность?
В статье вы питаете TF источником тока. В чем приемущество перед запиткой напряжением? Возле резонанса постоянно меняется сопротивление TF, вследсвие будет скакать напряжение. Какой порядок имеет ток подоваемый на TF? Полагаю, это обычная схема источника тока на операционнике, ток на выходе пропорционален напряжению. Но если там токи безумно малы, этож какие резисторы должны стоять в обратной связи что бы шумы имели такой порядок.
Да уж, мне наверное пора деньги платить за консультацию, а я все наглею и наглею.

Ну так там все разжевано как раз про то, что Вы спрашиваете, от и до. У Вас перед глазами формулы и картинки, а здесь я даже руками для понятности не могу размахивать - Вы не увидите.
Могу только еще добавить, что надо иметь возможность работать как по изменению диссипативной компоненты (она же добротность), так и упругой (она же частота или фаза). Дело в том, что бывают разные типы поверхности. Обычные, да на которых еще и дерьмецо осесть успело из воздуха, сканируются по изменению добротности - благо она всегда имеет определенный знак производной. Т.е. чем сильнее зонд давит на поверхность, тем больше потери.
Но чистые твердые поверхности, на которых обычно и находятся интересные для изучения образцы, практически не влияют на добротность, пока игла не начнет ломаться. Их можно сканировать практически только по изменению частоты. Но и тут сложность - при увеличении силы давления сначало частота растет, потом начинает резко падать. Т.е. знак производной менятся. Система обратной связи должна это отслеживать, поскольку работать реально можно только на том участке, где производная положительна.

Самому пытаться воспроизвести за короткое время систему с запиткой током не советую. Она только на бумажке кажется простой, на деле вы имеете дело с наноамперами и долями микровольт. Кроме того, серьезных преимуществ можно добиться только когда она вся целиком сделана как надо, иначе заказчику придется вместе с прибором брать и Вас на работу, чтобы Вы все время около него стояли и чего-нибудь подкручивали и допаивали.
Так что, если будете делать сами, делайте классику по Karrai, она проще несравненно. А за зонды ведь все равно заказчик будет платить, а не Вы. У меня нужные статьи только в бумажном виде сейчас есть. Если будет сегодня время, качну электронные версии, перешлю.

Огромное спасибо за помощь!