探针力学测量原理主要包括：接近过程中通过测量探针和表面远程或近程作用力获得近表面相互作用信息，接触与压入过程中通过圧深曲线获得材料表面弹性、塑性和摩擦磨损等力学性质，以及通过探针和检测对象的接触，实现微纳米力学测量中的夹持与加载，微力与微位移的测量等。探针力学测量具有设备简单、操作容易、微力测量灵敏度高和在线实时测量等特点。

探针用于力学测量始于20世纪80年代，主要从两种不同的测量方法发展而来，即扫描探针显微测量和仪器化压入测试。

扫描探针显微测量使用的典型设备为原子力扫描显微镜（AFM），它由微悬臂探针和光学杠杆组成微力敏感系统，实现探针和试样表面的接近或接触测量。早期用AFM实现力学测量始于20世纪80年代末到90年代初，研究者应用AFM探针实现微米到纳米尺度材料的拉伸、弯曲测量，以及横向移动与操纵等。随后，又相继发展了一系列新的测量技术，如发端于90年代中后期的力-距离曲线测量方法，可用来研究探针和试样表面的相互作用、黏附和接触性能。扫描探针声学显微术和多频测试技术，利用探针与样品的接触振动对纳米尺度材料的弹性性能进行成像或测量。进入新世纪，研究者应用AFM系统实现了纳米尺度摩擦力测量和纳米压入测试，实现了材料局部弹性性能的检测。

仪器化压入测试是受到广泛关注的材料力学性能测试方法。其优点是操作方便，可在多个空间尺度下测量材料微区的力学性能参数。仪器化压入的分析方法基于接触力学理论，鉴于问题的非线性本质，其难点及核心问题是分析力学性能参量和压入测量参量之间的关系。根据这些基本关系，利用压入响应的测量结果，例如压入载荷-深度等，通过求解反问题获得材料的力学性能参数。通常在微纳米力学领域，仪器化压入实验主要是指纳米压入实验，它的核心设备是纳米压入仪，主要包括两部分，加载部分和位移测量部分。其中加载部分是静电、电磁或机械等驱动系统及其驱动的压头；位移测量部分多是电容位移传感器或光学测量单元。压入仪所用压头的压尖材料主要为金刚石，其形状有棱锥形（如三棱锥的玻氏压头和四棱锥的维氏压头）、球冠形、圆柱形和楔形等，其中棱锥形和球冠形状较为常用。纳米压入测试中，在压头上施加微小载荷，然后压入被测试样并在其表面上留下纳米尺度压痕。由于压痕尺寸太小无法使用常规的光学方法测量压痕的面积，因此在20世纪70年代末到80年代，苏联学者拓展了仪器化压入技术，提出在压入过程中连续记录压力、位移、时间和接触刚度测定弹性模量和压入硬度的方法。1992年，W.C.奥利弗和G.M.法尔通过改进M.F.德尔纳和W.D.尼克斯的工作，完善了弹性模量和压入硬度的分析方法，是目前通过压入载荷-深度曲线获得被测材料弹性模量和硬度的通用方法。

主要包括两个部分：①作为微纳米力学领域主要的测量平台，AFM和仪器化压入在测量系统方面快速发展。例如，对于AFM力学测量系统，将其和超声作动器、音叉探针等单元相结合，使其适合材料的黏弹性和塑性等力学性能测量；结合特殊修饰的探针，进行生物材料和组织力学性能及相互作用研究；结合微纳米操纵设备和光学显微系统、扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）等扫描显微观察平台，发展高空间分辨原位微纳米力学测量系统。在低维材料力学性能、表面/界面相互作用、摩擦/磨损及超润滑、黏附与浸润等领域的研究中发挥了重要的作用。对于仪器化压入测试，商用纳米压入仪测试功能不断拓展，目前发展了适合高温材料局部力学性能测试的高温附件，测试温度大于500℃；将纳米压入装置和SEM、TEM集成，发展了高精度的压入、拉伸和压缩测量系统，应用于一维纳米柱及二维膜材料的力学性能测试。②在测量方法和技术层面，发展了探针实验力学，开发了单探针和双探针拉伸、压缩等微纳米力学测量方法和技术；通过应用弹性接触模型（斯内登、赫兹等），发展了基于AFM探针弹性压入的材料局部力学性能测量方法。同时，借鉴奥利弗和法尔纳米压入的分析方法，发展了基于AFM探针的纳米压入测试技术，并研究了测试影响因素，诸如AFM悬臂探针刚度、倾角、压头缺陷及变形、试样表面粗糙度、表面污染及硬化、材料各向异性等；通过AFM探针的逼近、接触、压入和拔出，研究者提出了AFM的力-位移曲线测量方法，它通过测量力-位移曲线，研究探针和试样表面的相互作用及探针失稳问题、样品表面的力学性能（弹性模量）及黏附信息。AFM压入测试和纳米压入测试相比，测量分辨力高，这一特点可以避免对生物软材料的损害，也降低了薄膜测试时基底对其性能的影响。21世纪以来，将近场声学和扫描探针显微技术相结合，发展了接触共振检测的近场声学扫描探针显微测量方法，包括：超声力显微技术、原子力声学显微术、超声原子力显微术以及扫描声学力显微术等。在仪器化压入测试和分析方法方面，除了识别弹性模量和压入硬度外，有大量的研究工作涉及从压入响应中识别金属和合金材料的塑性参数（如屈服强度和硬化指数）、黏弹性参数和断裂参数等。考虑到金属薄膜、涂层、微纳米尺度纤维及颗粒等多种检测对象有很重要的应用背景，单纯的纳米压痕实验很难对其力学性能进行表征，尤其是弹塑性金属/合金材料压痕实验是高度非线性问题，往往同时涉及材料、几何和边界非线性。在此情况下，建立压入响应的解析模型是非常困难的。目前主要采用量纲分析和有限元模拟分析压入响应，进而建立压入响应的力学参量和材料参量之间的关系。

探针力学测量是实验力学领域中新的测量手段，已成为微纳米力学、材料、微电子、物理、生物、化学等学科研究中重要的测量平台。今后发展趋势是：发展高分辨率和高精度的测量技术和仪器，提高测量能力和精度；发展功能多样的可靠分析方法，获得微小尺度材料的力学性能参数；研究和探针力学检测技术相关的耦合分析方法，解耦和反演被测材料的力学参数。