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。     

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。     

C型MEMS平面微弹簧弹性系数研究

设计了一种新型的C型微机电系统(MEMS)平面微弹簧,用卡氏第二定律和胡克定律推导出这种平面微弹簧在3个方向(即x,y和z方向)上的弹性系数计算公式,用ANSYS进行有限元仿真,结果验证了公式推导的正确性。在公式计算和仿真的基础上,研究了各种结构参数对其弹性系数的影响规律。     

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。     

适用于MEMS动态测量的显微激光多普勒技术

介绍了一种利用激光多普勒(LD)技术和显微技术结合的微机电系统(MEMS)器件动态特性测量技术,所搭建的系统测量光斑直径小于1um,测量频率0～20MHz,平面外运动分辨率0．1nm,精度5nm,不确定度1nm描述了利用该系统对TMT(test motion target)器件的振动特性进行的测量实验,并对实验结果进行了分析,测得器件的共振频率为271Hz,最大振幅为0．246482566mm。     

MEMS微电磁驱动器磨损对光开关性能的影响分析

光开关中运动元件的磨损对光学元件的位置精度有重要影响。介绍了MEMS微电磁驱动器磨损对光开关光学性能影响的理论分析,采用光纤光学理论计算了磨损所引起的光开关的附加插入损耗,结果表明,所采用的微电磁驱动器磨损引起的附加插入损耗小于0.02 dB,其磨损特性可以满足光通信开关的要求,实验结果证明了理论分析的正确性。此方法对光开关和MEMS微驱动器的研究具有指导意义。     

MEMS在军事中的应用

为了跟上呈指数增长的信息量,高新技术应用于国防系统的速度正在加快。应该说保证国家安全和全球稳定的关键是一个国家军事力量的优势,这种技术领先并不能仅仅依靠对高技术信息的保护。在冷战后期,军队还必须能够适应各种特殊环境并能在各个     

新型MEMS可变光衰减器的微磁执行器

探讨了新型可变光衰减器－光纤横向偏移型MEMS可变光衰减器的微磁驱动方式，从理论上分析了微磁执行器设计时应遵从的原理，讨论和设计了微磁执行器的各个参数，新开发了结合使用正胶（AZ－4000系列）和负胶（SU－8系列）的UV－LIGA工艺：在制作了光纤定位槽的基片上溅射Cr/Cu作为电镀种子层，涂布正胶，紫外光刻得到电镀模具，电镀Cu和FeNi分别得到线圈的下层、中层和上层以及铁芯；在完成下层和中层后，分别进行一次负胶工艺以形成电绝缘层和后续结构的支撑平台，即涂布负胶覆盖较下层结构，光刻开出了通往较上一层的通道并使SU－8聚合、交联以满足性能要求。并运用该工艺实现了微磁执行器。     

用MEMS光开关实现高性能光互连网络

建立了1Gbps传输结构的高性能光互连网络，来提高计算机群系统的网络性能。它利用微机电系统(MEMS)光开关和PCI总线全带宽网络接口卡构成光互连链路。全带宽PCI接口卡总线峰值传输速率为132Mbytes／s，光信号传输速率可达1Gbps以上。用MEMS制做的全光开关减少了光—电之间的转换，提供的开关方式与数据的波长、速率和信号格式无关。因而，利用这种网络结构，可以最大限度地减少网络延迟和网络通信开销，极大地提升了机群系统的总体性能。     

热温差型微流量传感器的温度补偿方法研究

热温差型微流量传感器的性能受多个因素的影响,如环境温度的变化、供电电源的波动、加热电阻的冷却和导线电阻的引入等。通过ANSYS软件对环境温度及加热电阻温度的改变进行了有限元仿真,发现当两者的温度差值为恒定值时,传感器的输出信号偏差较小。从环境温度与加热电阻温度差值恒定的思路出发,结合目前补偿方法存在的不足——导线引入误差、环境温度检测电阻的自热效应使其检测出错误的环境温度、加热电阻受被测流体冷却后使测量发生偏差以及供电电源波动的影响等,提出了一种可行的补偿方案,包括对前端信号采集电路的优化和后续单片机电路的设计,使影响流量传感器测量性能的诸多因素被削弱,且控制也更灵活。通过分析验证,在相同测试条件下,所提出的方法比常用补偿方法的测试精度高出约1.2%,误差为0.2%。     

光的微电机系统在光通信网的应用

先简单表明未来的光通信网必然需要最合适的光器件。解释光的“微电机系统”有很好的发展前途。文中依次介绍光的微电机系统在光波长路由器、在光交叉连接和在光交换设备中的广泛应用。     

基于惯性与光学技术的头位测量方法设计

针对现代战争对头盔快速姿态定位的要求,基于惯性定位和光学定位原理,设计了一种基于MEMS/CCD的头位姿态测量新方法。在头盔上加装一套MEMS惯导系统,通过与CCD的组合,实现对头盔姿态的实时测量。阐述了测量原理,建立了数学模型,设立了初始装订办法,并进行了仿真验证。仿真结果表明,该方法可以获得良好的快速性和测量精度,在不到5s的时间里就完成了对头位姿态失准角的估计,估计精度达2′,可有效完成对头盔姿态的测量,实现实时头位跟踪。     

电阻悬浮的MEMS热膜式气体流量传感器设计

设计了一种新型电阻悬浮结构的热膜式气体流量传感器,具有测量精度高、灵敏度好、抗压能力强、微加工工艺简单等特点。采用ANSYS软件对传感器芯片在不同流速下的温度场进行了有限元仿真,得出了上下游温差与流速的关系曲线。通过比较热膜电阻非悬浮与悬浮时的导热损失和压力分布,得到了将热膜电阻悬浮的流量传感器的性能要优于一般传感器的结论,其灵敏度为一般传感器的3.6倍。分析表明,传感器的响应时间仅为0.17 ms,比一般传感器快了好几倍;流速在0～0.5 m/s和0.5～2.5 m/s时,传感器输出信号都有较好的线性度,使其能够应用于小流量和大流量的测量当中;流道高度为150μm时,流量为0～2.7 L/h。根据工艺条件和仿真结果,确定了传感器芯片的结构尺寸和微加工工艺流程。     

基于低电压驱动MEMS的可调光衰减器的设计与性能分析

研制了一种低成本、小体积的静电驱动微电机系统（MEMS）可调光衰减器（VOA）。该器件采用了静电驱动微反射镜和光纤光准直器，它具有良好的光学性能，克服了传统VOA的缺点。它的驱动电压范围是0～8V，工作范围是0～25dB。给出了器件的衰减量和驱动电压的关系、光学性能的分析和试验结果。     

MEMS动态测试技术

阐述了基于频闪成像、计算机视觉和干涉测量的MEMS动态测试技术、基于激光多普勒测振的MEMS动态测试技术以及基于其他原理和方法的MEMS动态测试技术等的测试原理、测试方法与研究现状,指出了MEMS动态测试技术进一步的研究方向。     

基于图像梯度场序列的双向GDIM光流计算方法

提出了一种基于图像梯度矢量场的双向广义动态图像模型(GFBD-GDIM)光流计算方法.本文方法:在图像梯度场上进行光流估计以减弱光照变化带来的影响;将一个大的运动矢量分解为两个不同方向的子矢量进行估计,有助于减小估计误差,提高计算精度;采用广义动态图像模型(GDIM)对图像梯度场的变化进行建模,可使模型适用于更加一般的场合.图像序列实验表明,本文方法可以获得更加精确和鲁棒的运动矢量估计.