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利用数字散斑相关方法检测微结构平面运动

田淑英  
【摘要】: 微机电系统(MEMS)近几年得到了快速的发展并已步入产业化阶段。在MEMS的产业化进程中,测试技术越来越得到国内外许多MEMS研究机构的重视,其中MEMS动态特性测试技术在MEMS研发和产业化过程中具有重要的意义。 针对目前微结构平面运动测试方法只能进行刚性位移的测试的问题,本文提出了结合频闪成像技术和数字散斑相关技术实现全局刚性位移和局部区域变形信息的提取,将梯度法和Newton-Raphson迭代法相结合,实现了对微谐振器平面运动的测量。论文的主要工作包括以下几个方面: 1.对数字散斑相关方法进行研究,数字散斑相关方法具有非接触、全场测量、光路简单、可测量物体表面位移场和应变场信息等优点,本文将数字散斑相关方法应用于微器件平面运动测试中。 2.为了提高计算精度,本文提出一种改进的数字散斑相关方法,将梯度法和Newton-Raphson迭代法相结合,推导了相应公式,并在MATLAB上实现相位相关算法、十字搜索算法、二元三次样条插值算法、梯度算法以及Newton-Raphson迭代算法的编制工作。 3.对相关计算的初值问题进行了深入的研究,为了避免相关运算由于初始值离真实值太远而无法收敛到真实值的情况,提出了将梯度法得到的位移值及其导数项与数字微分相结合,作为Newton-Raphson迭代算法的初始值,大大提高了程序的收敛速度和精度。 4.将频闪成像测试系统与数字散斑相关技术相结合,利用成像系统得到的微谐振器周期运动图像序列进行平面运动测试,通过梯度法还原出图像序列的周期运动轨迹,并通过Newton-Raphson迭代算法实现区域变形信息的提取。 5.对数字散斑相关测量方法的测量误差的产生原因进行了相应的理论分析和实验研究,提出了相应的消除和抑制误差的措施,使测量精度得到了提高。


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