脉冲激光MEMS加工技术

阐述了脉冲激光微加工技术及其在微机电系统 (MEMS)加工中的应用。脉冲激光微加工技术能够制作出三维微型结构并具有微米 /亚微米加工精度 ,且适用于多种材料 ,与传统的微细加工技术如光刻、刻蚀、体硅和面硅加工技术等相比具有其独到之处。进一步阐述了基于激光烧蚀的脉冲激光直接微加工技术、激光 LIGA技术、激光辅助沉积与刻蚀技术以及MEMS的激光辅助操控及装配技术     

脉冲激光MEMS加工技术

阐述了脉冲激光微加工技术及其在微机电系统(MEMS)加工中的应用。脉冲激光微加工技术能够制作出三维微型结构并具有微米／亚微米加工精度，且适用于多种材料，与传统的微细加工技术如光刻、刻蚀、体硅和面硅加工技术等相比具有其独到之处。进一步阐述了基于激光烧蚀的脉冲激光直接微加工技术、激光-LIGA技术、激光辅助沉积与刻蚀技术以及MEMS的激光辅助操控及装配技术。     

集成AFM测头的纳米测量机用于台阶高度的评价

利用纳米测量机(NMM)和原子力显微镜(AFM)实现了高精度的台阶高度评价,该系统的测量范围可以达到25 mm × 25 am×5 mm.文中描述了NMM和AFM的工作原理,说明了NMM的高精度定位性能,系统利用NMM实现x、y方向的扫描,AFM测头只是作为零点传感器,通过将AFM的悬臂梁反馈控制信号引人到NMM的数字信号控制器中,NMM实现在:方向的辅助测量,这种测量模式减小了AFM的PZT扫描器固有特性对测量的影响.根据ISO 5436-1:2000的评价方法对经过标定的台阶高度进行评价,14次测量的标准偏差为0.52 nm.     

基于块匹配的MEMS平面纳米精度运动测量

MEMS谐振器周期运动过程中各个时刻的运动特性及其动态特性参数, 为MEMS器件的设计提供重要参考。本文提出一种基于块匹配方法的灰度补偿亚像素运动估计算法。该算法可以对因图像灰度变化而引起的误差进行补偿,实现纳米级分辨力测量。利用该算法对MEMS器件的运动历程做分析,得到特定驱动频率下MEMS器件的幅度－相位曲线。实验结果表明,该方法测量重复性为5nm。     

基于PCI总线的纳秒激光微加工数控系统的构建

针对微器件加工的要求,制定了基于PCI总线和FPGA技术的一体化系统构建方案,并设计开发了一整套纳秒激光微加工数控系统.系统中,二维平台精度为1 μm,CCD实时传送加工效果图像.工作站控制板卡采用了PCI总线技术,并使用专用运动控制芯片SM5004控制电机.VC 编写的用户软件人机界面交互良好,用户可对加工过程进行实时观测和控制.     

基于线性化技术的渗透压摩尔浓度测量系统

在冰点下降原理基础上,研究了渗透压摩尔浓度测量系统测量过程和参数设置问题。应用100μA恒流源供电方式法和二阶范数最小二乘法曲线拟合算法相结合,提出了NTC热敏电阻器线性化新方法,建立了NTC热敏电阻器的Matlab修正模型,实现了NTC热敏电阻器线性化处理。在此基础上,采用高分辨率A/D进行模拟信号转换,完成了渗透压摩尔浓度测量系统的设计。经实验验证,测量精度为±1 mmol/kg(≤500 mmol/kg)或RSD≤±0.2%(>500 mmol/kg)。     

应用于短脉冲激光加工的自动调焦系统

针对现有的纳秒脉冲激光微加工系统,设计了基于图像处理的自动调焦系统.从焦点检测的历史背景出发,结合光学的成像原理,提出了以图像梯度为对焦评价函数的自动调焦技术.把此自动调焦系统应用于原系统中,形成了以控制单元、激光器、机械结构和光路系统为主要组成部分的纳秒脉冲激光微加工系统.通过对加工实验效果和对焦评价函数曲线的对比分析,证实了此调焦系统适用于短脉冲激光加工,从而有效地提高了系统的加工精度和效率.     

基于隧道效应的纳米级振动检测及测量

扫描隧道显微镜是高精度纳米级表面测量仪器,由于扫描隧道显微镜工作时的隧道间隙在几个纳米左右,外界任何微小的随机振动传递到仪器都会对测量结果产生影响,失去被测物表面的特征信息.因此,研究微振动,特别是低频纳米级振动在隧道状态下对隧道间隙的影响具有很重要的意义.实验表明,实验系统在隧道状态下对纳米级振动有很好的幅频响应.     

纳秒激光微加工系统的实现

介绍了自行设计的纳秒激光微加工系统的组成和结构,各个部分的功能作用和工作原理,以及基于DSP和FPGA的硬件电路设计.分析了脉冲重复率、激光能量以及二维运动平台速度等参数对加工效果的影响,优化改善了脉冲式激光与二维平台运动的配合.整个系统结构简单,控制方便,稳定可靠,实现了高效率高精度的微加工.     

基于分形小波变换的MEMS动态模糊图像亚像素检测技术

基于机器微视觉的微机电系统（MEMS）动态测试系统,提出了一种分形小波变换亚像素检测技术提取MEMS运动轨迹算法.该算法结合电耦合器件（CCD）成像机理,利用图像的分形参数进行随机分形插值对图像边缘进行重建,通过小波变换实现重建后图像亚像素精度的边缘检测.在连续光照明条件下,对MEMS平面微运动模糊图像进行检测处理,提取和分析了MEMS运动轨迹.将该方法和在频闪条件下测得的MEMS器件的平面微运动幅值的结果进行了比对分析和讨论.由实验结果可以看出,本方法有较高的测量精度,其测量绝对误差小于0.02像素.