利用微运动分析仪研究MEMS器件的运动特性

介绍了一种计算机控制的微运动分析仪（MMA）,用来研究微机电系统（MEMS）中可动部件的运动特性。它采用了2种光学无损测量方法：计算机微视觉方法用于面内运动测量;相移干涉方法用于离面运动测量。这个高度集成的系统包括了高性能成像系统、驱动电路、数据采集和分析软件。MMA利用频闪照明方法冻结器件的快速运动,可以测量1Hz～10MHz频率的三维运动特性,达到了nm级分辨力。通过研究一个微加工多晶硅微谐振器的运动特性来说明MMA的强大功能。     

MEMS三维静动态测试系统

采用集成频闪成像、计算机微视觉和显微干涉技术,研制了微机电系统(MEMS)三维静动态测试系统。系统可进行MEMS面内刚体运动、表面形貌、垂向变形和离面运动的测量。对于面内运动测量,提出了基于立方样条插值的亚像素步长相关模板匹配算法,从MEMS视觉图中提取面内位移,匹配精度为0．02pixels。对于离面运动测量,采用Hariharan 5步相移干涉(PSI)算法和去包裹算法,离面运动测量分辨率可达1nm。通过对Si微压力传感器膜和Si微陀螺仪的静动态测试,验证了系统的适用性和可靠性。     

基于傅里叶干涉法的微结构离面运动测量

提出一种基于傅里叶变换的频闪显微干涉测试方法,对微谐振器和微悬臂梁的离面运动进行测试研究.微结构受激励产生周期离面运动,单个运动周期分解成若干运动相位,利用频闪照明获得不同运动相位的干涉图像,通过傅里叶变换计算出各自的包裹相位,并利用时间轴相位展开提取出微结构的离面周期运动信息.与时间相移干涉法相比,该方法只需在单个运动相位下采集1幅干涉图像,减少了干涉图像采集的时间.对比实验结果表明,傅里叶干涉法的离面运动测量精度优于20 nm.     

复杂微结构三维形貌测量方法的研究

微结构三维形貌测量是研究微加工工艺和微尺寸特性的重要测试内容。本文提出一种基于相移显微干涉术、利用干涉陶建立二维结构模板指导相位展开的新方法,它不仅适用于静态测量,而且能应用于在动态测量中,特别是微机电系统（MEMS）器件的运动测量。以微谐振器为测试器件,对其运动梳齿结构进行了静态三维形貌测量,实验的离面理论测量精度优于0．5nm,测试结构内部的面内理论测量精度优于0．5μm,而边缘尺寸因受到边缘提取方法的影响,其测量精度仅在μm量级。对该方法的缺点和发展方向做了探讨。     

基于改进LK光流法的MEMS面内运动分析技术

为获取微机电系统(MEMS)面内运动过程中的动态 特征,文中提出了一个MEMS面内运 动测量系统．该系统通过FPGA产生相机外触发和频闪光源两路时钟同步驱动脉冲,利用频闪 成像的原理对谐振状态下的MEMS器件进行图像采样．对图像序列进行Canny边缘检测后,引 入Shi-Tomasi角点和Lucas-Kanade光流追踪的方法进行运动分析,获取器件的幅相信息参 数 ．使用该系统对一个定制的微陀螺仪进行实验测量,实验证明该技术可实现MEMS面内运动的 亚像素精度测量,与传统的LK光流法匹配相比,能够减少由图像灰度值变化带来的测量误差 ,同时该方法具有较好的测量精度,测量重复性可达10 nm。     

基于面内补偿的微机电系统离面运动测试

将频闪成像技术和相移显微干涉技术相结合,提出了一种基于面内补偿的微机电系统(MEMS)离面运动测试方法。首先通过相移显微干涉技术自动采集MEMS结构运动周期内不同准静态位置处的数帧相移干涉图像;然后通过图像处理得到每个准静态位置的亮场图像,进行面内位移测试;最后利用面内位移测试结果对离面位移测试进行补偿,即双相位展开算法,完成对于MEMS结构的离面运动测试。实验结果表明:面内运动的测试的精度可达0.01 pixel,静态离面高度测试的重复精度可达0.52 nm,可以完成伴随着面内位移的MEMS离面位移测试。     

显微干涉技术在MEMS动态测试系统中的应用

系统采用了显微干涉技术,利用Mirau显微干涉仪配合频闪照明系统实现了对MEMS器件动态特性的测量,测量过程采用了光学干涉的非接触方法,因此不会对器件产生损坏.系统采用了改进的相移算法,抑制了相移器误差以及探测器带来的非线性误差,提高了测量精度.利用本系统测量了微结构上多点处的振幅,得到了被测结构的谐振频率.     

利用有机覆盖层提高OLED出光效率

将Alq作为覆盖层真空蒸镀到玻璃基板后制作底发射有机电致发光器件(OLED),所制备的器件结构为:Glass/Alq(xnm)/Al(15nm)/MoO3(30nm)/NPB(60nm)/Alq(65nm)/LiF(1nm)/Al(150nm)。通过研究器件光辐射特性曲线,可以看出覆盖层厚度的变化引起光的干涉效应的变化是导致电致发光变化的原因,广角干涉和多光束干涉之间的相互作用可以通过覆盖层的厚度来调节,并且半透明的Al膜做阳极,将覆盖层蒸镀到阳极之外玻璃基板上,半透明的铝膜和覆盖层与阴极组成微腔器件,通过改变覆盖层的厚度调节微腔的腔长,使OLED电致发光光谱的中心波长发生红移。     

聚合物双环谐振滤波器的研究

设计了一种基于多模干涉(MMI)耦合输入/输出结构的跑道型双微环串联谐振滤波器,并采用紫外光敏聚合物材料SU-8作波导芯层,聚合物CYTOP为下包层,在硅基底上完成了器件的制备.器件的波导端面尺寸为2 μm×1 μm,与设计值相符,扫描电镜显示所制备的器件波导侧壁陡直度较高.直波导传输损耗的测试结果表明,在1550 nm波长,直波导传输损耗约为2.0 dB/cm.测试并获得了多模干涉结构和器件的通光及输出光谱图\.测试结果表明,MMI结构在较宽的波长范围内实现了接近50∶50的功分比,微环谐振滤波器的通光性能良好,实现了滤波功能,器件的自由光谱区FSR实际值约为0.94 nm,与设计参数值很接近.研究结果表明采用聚合物SU-8制备小波导尺寸微环谐振器的器件简便可行.     

白光干涉检测仪垂直扫描系统设计

白光垂直扫描干涉测量方法具有高精度、大量程并且为非接触测量等优点,因此被广泛地应用于半导体、微机电系统(MEMS)等检测领域.传统的白光扫描干涉仪采用压电(PZT)陶瓷驱动器,虽然能实现高精度的测量,但存在量程小、测量效率低等缺点.基于此,提出了以步进电机作为驱动器、高精度光栅尺作为位置反馈的白光干涉垂直扫描运动平台,并设计了以现场可编程逻辑门阵列(FPGA)为核心处理器的控制板卡.实验证明,该运动平台在运动速度为50 μm/s时,定位偏差小于15 nm,最大行程为3 mm,实现了高精度、大行程以及高效率的扫描检测.可以以较低的成本实现对具有高深宽比的微纳器件形貌的检测.     

非正交轴系激光经纬仪测量技术研究

在空间大尺寸坐标测量系统中,经纬仪测量系统因其测量范围广、非接触式测量、便携性等优点应用广泛。为了降低经纬仪测量系统成本,减少经纬仪测量系统误差来源,提出了一种基于非正交轴系的激光经纬仪测量系统。首先,根据测量时非正交轴系的转换关系,推导出非正交轴系激光经纬仪的视准轴的空间数学模型。然后,根据双经纬仪前方交会测量原理,建立了基于非正交轴系激光经纬仪的测量系统,并推导出空间点坐标。最后,通过仿真与实验,验证了测量模型的正确性。结果表明,在测量半径为3m时,该测量系统对空间点在拉依达准则下的测量不确定度能达到1mm以内,尤其适用于大空间、大尺寸测量。     

波片位相延迟测量的双λ/4波片法

在对波片延迟量的测量中常因光源起伏影响测量精度,出现较大的测量误差,为了避开光源强度起伏的影响,提高系统的测量精度,减小测量误差,用两个标准λ/4波片与待测波片组合,使其满足一定条件等效为旋光器,搭建了一套测量系统,用角度测量替代对光强的直接测量.实验结果表明,该系统可有效避免光源强度起伏对测量结果的影响,测量精度可达0.5°.与传统测量方法相比,该测量系统具有构造简单,不受光源起伏影响,以及测量精度高等特点,是一种便捷有效的测量方法.     

A low-noise multiresolution high-dynamic ultra-broad-band time-domain EMI measurement system

A time-domain electromagnetic interference (EMI) measurement system allows to reduce measurement time by several orders of magnitude in comparison with conventional systems. This will considerably reduce the costs of compliance tests. In this paper, a novel multiresolution time-domain EMI measurement system is presented. The multiresolution time-domain EMI measurement system exhibits several channels with limiters, amplifiers, and analog-to-digital converters. The amplitude range of the signal is subdivided into several intervals. In each interval the analog-to-digital conversion is performed with an amplitude discretization proportional to the width of the amplitude interval. The signal-to-noise ratio of the multiresolution time-domain EMI measurement system compared with a conventional time-domain measurement system for transient signals is enhanced by at least 50 dB. It is shown that the multiresolution time-domain EMI measurement system has a higher overload factor than conventional systems working frequency domain. The noise floor is 5 dB lower than the noise floor of a conventional EMI receiver. The multiresolution time-domain EMI measurement system shows a higher 1-dB compression point than conventional EMI receivers. Measurements were performed in the frequency range from 30 MHz to 1 GHz and compared with results obtained by an EMI receiver.     

金属平板的太赫兹雷达散射截面测量

为了测量金属平板的雷达散射截面,分别采用了太赫兹时域光谱系统和0.1 THz连续波测量系统两种方法进行测量,并从理论上分析了雷达散射截面测量模型。结果表明,对于太赫兹时域光谱系统,随着测量频率和角度的增加,其误差在增大;对于0.1 THz连续波测量系统,随着角度的增加,误差增大,随着被测目标尺寸增大,误差先减小后增大,实验最小误差均可达到-0.244dB。利用太赫时域光谱系统及0.1 THz连续波测量系统测量雷达散射截面均是可行的。太赫兹时域光谱系统具有频率取值范围大、角分辨率高的特点;而0.1 THz连续系统系统结构简单、成像速度快、使用方便。     

Spectral attenuation measurement for fluoride glass single-mode fibres by Fourier transform techniques

A new spectral attenuation measurement system using a Fourier transform spectrometer is developed. The Fourier transform spectral attenuation measurement (FT-SAM) system makes the signal acquisition time for a wide wave-length range of 1.0?4.2? much shorter than measurement with a conventional dispersive spectral attenuation measurement system. The spectral attenuation for a fluoride glass single-mode fibre, with a minimum loss of 3±1 dB/km at 2.5?m, is measured with this system.     

工作空间测量定位系统最佳测量点的确定方法

工作空间测量定位系统(workspace Measuring and Positioning System,wMPS)是一种基于旋转激光扫描平面交会的室内大尺寸定位系统.它可实现计量精度的三维坐标测量,主要应用于制造加工及装配领域的测量和检测任务.作为一种大尺寸的测量系统,与中小尺寸测量系统相比,它的测量空间与测量精度的矛盾更加突出.如何寻找此系统所覆盖测量空间内精度最高的一个点或者以此点为中心的一个区域是一个非常重要而且有意义的问题.从该测量系统的测量原理出发,与传统经纬仪相对比,给出一种利用解算方程系数矩阵的条件数作为评价空间交会优劣的评价模型,继而引入粒子群算法来求解测量空间内的最佳测量点,实验结果表明:评价模型和对应的求解方法是正确的,也是有效的,利用此方法得到的测量点为中心的区域坐标不确定度最小,而且此方法为今后的发射站布局问题的研究打下了有益的基础.     

基于红外侦察告警系统的三站被动测距方法分析

介绍了红外侦察告警系统被动测距原理,针对双站被动测距方法的局限性,研究了三站被动测距方法.结合实际应用需要,分析了影响该测距算法测距精度的因素,并给出误差计算公式.给定条件下计算机仿真结果表明,三站被动测距具有很好的实用性,可实现对目标0° ～360°全方位高精度测距.     

基于嵌入式微处理器和FPGA的高精度测频设计

根据等精度测频原理,设计实现了基于嵌入式微处理器SEP 3203和FPGA的测频系统,给出了系统的硬件组成和软件设计流程。在一片FPGA上实现宽范围、高集成度、高速、高精度和高可靠性的频率测量和数据处理,并和嵌入式微处理器SEP 3203实现通信,达到了将嵌入式微处理器灵活的控制功能与FPGA器件的有机结合。最后给出该设计方案的实际测量结果,达到了较高的频率测量精度。该系统已经应用于一款无纸记录仪中。     

基于光电二极管阵列的成像测量系统设计及其应用

为了实现在机载条件下对降水粒子进行成像测量,设计了一种基于光电二极管阵列的成像测量系统。该测量系统由光学系统、硬件系统和软件系统三部分组成,其中光学系统可实现激光光束整形和对粒子进行成像;硬件系统则由前端信号调理电路和FPGA控制电路两部分组成,主要实现粒子图像信号的采集与处理;软件系统则包含下位机软件系统和上位机软件系统两部分,可实现对粒子图像的压缩、显示和存储。室内标定实验结果表明,系统探测的分辨率为60um,可探测粒径范围是60um～7400um;外场飞行试验表明,所设计的系统可满足在机载飞行条件下对降水粒子进行成像测量的要求。     

单脉冲雷达目标RCS特性测量技术研究

目前,雷达目标特性测量作为航天测控领域的一项新技术在雷达设计过程中得到广泛的应用。文中以一种单脉冲雷达散射截面(RCS)测量系统设计为背景,介绍了RCS概念及测量原理,重点从硬件设计方面阐述了RCS测量的关键技术及相关理论。从实际测量数据结果分析证明该系统具有较高的可靠性和数据获取能力,可在类似的产品设计中推广应用。