MEMS压力传感器自动组装系统

研制了MEMS特种压力传感器的组装系统．首先给出了MEMS特种压力传感器组装工艺过程,并通过分析得出组装精度下降将导致传感器灵敏度和线性性能下降的结论．在此基础上确定了自动组装系统的组成结构,并详细介绍了研制的具有力感知功能的微操作手、三工位键合炉以及显微视觉等关键技术模块．通过分析现有硅膜焊盘图形对称性分布的特点,给出了一种芯片中心求取方法,为高精度自动组装奠定了基础．最后,将各模块集成建立了自动组装系统,给出了各个模块的控制节拍和流程,并通过实验证明该系统可实现5μm的组装精度和25s／个的组装效率,适用于多种MEMS传感器的自动组装作业．     

微操作中批量目标的自动视野转换

近年来,随着微操作研究的不断发展和深入,批量目标微操作成为当前的研究热点之一.由于显微镜视野范围狭小,微操作过程中需要不断进行物镜转换和调焦工作.本文研制的全自动微操作平台将调焦和物镜转换改造为电动方式,实现了自动调焦和物镜自动转换功能.针对细胞图像的特点,本文提出了基于扫描线的归一化方差聚焦测度方法,并在此基础上,设计了相应的聚焦平面搜索策略.针对显微镜物镜转化器的特点,本文设计了自动物镜转换结构和控制方法,实现不同放大倍数物镜的转换.最后本文在细胞图像处理的实验中,构建了具有分层递阶结构的全局视野,验证了自动调焦和物镜自动转换的准确控制,为批量目标操作的自动化奠定了基础.     

基于GMR的大动态范围非接触位移检测系统的设计研究

针对大动态范围、高分辨率、非接触位移测量的要求,通过详细分析制约GMR传感器系统检测分辨率提高的因素,提出了可配置均匀梯度的交变磁场技术以符合大动态检测范围的要求,并结合锁定放大技术以及多传感器数据融合技术设计出高分辨率的新型低成本检测系统.经分析初步试验结果,发现至少在0~100 mm的动态范围内其检测分辨率可以达到0.1 μm,验证了设计研究的合理性,为包括芯片植入式骨骼强度研究等众多非接触精密位移检测应用所需的MEMS芯片设计提供了工程原型.     

制作花粉样片校准双光子荧光显微镜放大倍数及示值误差方法

主要介绍了制作花粉样片校准双光子荧光显微镜的放大倍数及示值误差的方法。通过对双光子荧光显微镜的构成及其工作原理的分析,在用传统方法不能实现对系统的放大倍数及示值误差进行校准的情况下,研发制作了一套标准花粉样片,用样片作为标准参照物对双光子荧光显微镜的放大倍数及示值误差进行校准,并通过不确定度分析对该方法的可靠性进行了验证。     

平面精密工作台的性能测试和控制

要实现平面工作台的精密定位,需要对其运动进行检测,并设计相应的控制方案.为同步检测平面工作台三自由度位移,研制了图像处理位移检测系统.以CCD相机为核心结合显微镜放大、图像采集和图像处理构成检测系统.系统的位移检测不受工作台大幅转动的影响.检测系统既有较高的位移分辨率,又有一定的位移检测范围.使用图像处理位移检测系统,对清华大学制造的平面精密工作台的运动性能进行了测试.工作台干涉运动均小于主运动,通过合理的开环控制对各个运动方向上的干涉运动进行补偿,获得了工作台在平面任意方向上的运动.工作台小范围定位能力的检测表明工作台具有很高的定位分辨率.     

计算机在金相分析技术中的应用

概述了计算机－金相显微镜系统的建立原则，系统的分辨率和放大倍数。以该系统为基础，论述了计算机在金相技术中的应用。     

磁隧道结传感器噪声自动测试系统设计

磁隧道结(MTJ)虽然可以实现相当大的磁阻变化率,但是其噪声尤其是低频下的1/f噪声十分严重。为分析MTJ的噪声来源及大小,设计一套基于LabVIEW的噪声自动测试系统。通过综合分析测试系统噪声来源、建立放大器等效噪声模型,测试得到系统在不同放大倍数下的等效输入噪声电压和噪声电流,并确定最优放大倍数。在此基础上,利用软件运算对放大器噪声进行剔除,以提高测试系统准确度。经过测试标准电阻噪声,验证系统误差可以维持在±5%以内。最后对AlO_x基MTJ和磁传感器TMR9002进行测试,得出并解释磁传感器噪声随偏置电流和磁场的变化规律。     

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.     

光杠杆纳米微位移测量系统中的信号处理

本文提出了一种基于光杠杆原理非接触式的纳米级微位移测量系统.该系统通过光学方法对微位移量进行放大,光学放大倍数高,该系统的理论分辨率可达4nm,实际测得静态分辨率小于10nm.信号处理采用基于高精度一维PSD的信号探测电路,并且通过设计有效地抑制了噪声和干扰.实验中使用PZT作为被测物的微小位移驱动器,与电容测微仪JDC-Ⅱ所测数据进行了验证比较,系统所测得的数据证明了其正确性和可行性.并且该系统受温度影响小,结构简单,便于使用MEMS技术集成和微型化.     

减少阻力的MEMS初始位置定位机构设计与性能分析

根据微机电系统（MEMS）加工工艺特点和初始位置定位机构的设计要求,设计了两种MEMS初始位置定位机构的结构方案.通过力学分析,求出了定位机构解除定位所需要克服的阻力计算公式,用ANSYS仿真验证了其正确性.根据满足系统性能要求和利于装配两者均衡的原则,对两种定位机构的设计方案进行了对比研究,选择能减少阻力的MEMS初始位置定位机构.采用MEMS工艺中的LIGA工艺加工出初始位置定位机构.用VDS92-1430离心实验机分别加速到3 000 r/min、5 000 r/min、8 000 r/min和12 000 r/min进行离心实验.实验结果表明,设计的MEMS初始位置定位机构能正常工作,性能达到了设计要求.