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。     

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。     

光流技术在微结构平面微运动测量中的应用

在经典的Horn-Schunck光流算法的基础上,根据微机电系统(MEMS)微结构的运动特性,引入标号场,提出基于标号场和邻域优化法相结合的光流算法对微结构的运动序列图像做运动估计.利用光学测量方法,开发了测试系统,能使微结构的运动可视化.系统包括:利用光学显微镜来实现微结构的放大,并将图像投影到CCD摄像机上;基于频闪成像原理来冻结微结构的高速运动状态,获取一系列动态图像序列;基于提出的标号场和邻域优化法相结合的光流算法对微结构的运动序列图像做运动估计,获取其重要动态特性参数.该方法具有非接触、高测量精度的特点.实验结果表明,该方法的测量重复性达40nm.     

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。     

微机电系统关键技术及其研究进展

微机电系统(MEMS)是在微电子技术的基础上兴起的一个多学科交叉的前沿领域,集约了当今科学技术发展的许多尖端成果,在汽车电子、航空航天、信息通讯、生物医学、自动控制、国防军工等领域应用前景广阔.该文介绍了微机电系统发展的背景与基础理论研究,综述了微机电系统所涉及的器件设计、制作材料、3大加工工艺(硅微机械加工、精密微机械加工与光刻、电铸和注塑(LIGA)技术)、微封装与测试等关键技术,总结了微机电系统在微纳传感器、微执行器、微机器人、微飞行器、微动力能源系统、微型生物芯片等方面的典型应用,最后指明了MEMS技术的发展趋势,有望在近几十年将大量先进的MEMS器件从实验室推向实用化和产业化.     

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     

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.     

微机电系统器件的测试

在微机电系统(MEMS)的开发阶段,重点放在器件设计上。现今,多种MEMS器件已商品化,重点开始转移到生产性能优良而价格实惠的器件上,而且要做到测试和封装的成本分别各占总成本的三分之一。这里介绍MEMS器件从开发至大批量生产的不同阶段中有关电学测试的解决方案。 不同阶段的测试要求 对于MEMS器件的测试要求,在产品研究和制造的不同阶段有明显的差异,而且,在每个阶段中性能测试的意义也不相同。 ●研究和开发阶段,要求测试系统运行全面的实验室     

微机电系统技术：—硅基微加工

当前流行的硅基做加工技术主要有体微加工（bulkmieromachining）和表面做加工（sutheemic。achini。）两种。它们之间的主要区别为：前者将微机械的运动部件制作在硅衬底里,后者则将微机械运动部件制作在硅衬底表面上的薄膜里”健体微加工技术目前用体微加工技术制作的主要产品有：某些压力传感器、加速度传感器。微泵、微阀、微沟槽等微传感器、微机械和微机械零件等,这些产品的微结构的显著特点是它们都有可运动的悬臂梁或桥、可振动的膜或硅衬底里的沟槽。这些微结构的形成主要利用腐蚀技术和光刻技术相结合,有选择地从硅衬底上挖去…     

采用差分相位测量方法的MEMS运动表征系统

介绍了一种基于计算机控制的频闪干涉测试系统,用于测量可动微机电系统(MEMS)器件的离面运动,实现了nm级分辨力.系统采用五步相移高精度干涉测量方法,通过选择器件上的固定点作为参考点,实现差分测量模式,有效消除了随机误差的影响,提高了系统测量的重复性,10次测量的重复精度为3.17 nm.通过研究微谐振器的离面运动特性,说明该系统的强大功能.     

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.     

Electric field sensors based on MEMS technology

The design and optimizatlon of two types of novel miniature vibrating Electric Field Sensors (EFSs) based on MicroElectroMechanical Systems (MEMS) technology are presented.They have different structures and vibrating modes. The volume is much smaller than other types of charge-induced EFSs such as field-mills. As miniaturizing, the induced signal is reduced enormously and a high sensitive circuit is needed to detect it. Elaborately designed electrodes can increase the amplitude of the output current, making the detecting circuit simplified and improving the signal-to-nolse ratio. Computer simulations for different structural parameters of the EFSs and vibrating methods have been carried out by Finite Element Method (FEM). It is proved that the new structures are realizable and the output signals are detectable.     

基于MEMS技术的光学读出红外成像系统

提出了一种利用悬梁式热感应薄膜阵列、衍射光栅和图像重建技术来实现高灵敏光学读出红外成像的装置和方法。与传统的光学读出红外成像技术相比,该装置采用彩色CCD设计来提高系统灵敏度,具有结构简单、成本低廉的优越性,适用于对速度指标要求不高的应用领域。制备了试验结构并进行了红外测试,证明在人体红外信号作用下,悬臂自由端能产生较大幅度的偏转,随之彩色CCD读出了全可见光波长范围的颜色变化。经估算,系统的噪声等效温度差大大超过目前200mK的水平。     

基于MEMS的摇摆振动测试方法研究

针对船舶、海洋平台等大型工程结构在风浪载荷激励下的大幅摇摆振动测试问题,提出了一种基于MEMS陀螺仪的动态角度测量方法,并进行了模拟试验.利用互补滤波较好地解决了陀螺仪的零漂问题,对单自由度摇摆振动的时域和频域曲线进行了分析.     

基于MEMS技术的全光热成像芯片与系统的研制

提出了一种新颖的非致冷光读出热成像芯片的设计,其核心部分是一个m×n的可动微镜阵列,可动微镜是由双材料弯折梁及其所支撑的微镜面组成.在红外辐射的作用下,梁发生弯曲带动微镜面发生的位移变化对输出可见光的强度进行调制,即利用光调制原理完成光信号转换和增强.采用体硅MEMS技术,成功地制作出了5 0×5 0的可动微镜阵列.测试表明:工艺一致性和残余应力对释放前后可动微镜表面粗糙度与平整度、可动微镜间初始相位以及可动微镜灵敏度的大小产生了重要影响