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高温环境下MEMS微构件动态特性测试技术研究

李晓轲  
【摘要】: 随着MEMS的迅速发展,其对测试系统,尤其是对动态特性测试系统的需求越来越迫切。高温MEMS器件的应用越来越广泛,如应用于石油化工、冶金等高温恶劣工况条件下物理量测试的MEMS传感器。而MEMS器件在不同的温度环境下的性能和响应特性是不同的,故研究MEMS器件在不同温度下的响应和性能变化规律,可以拓宽其应用领域,优化设计,提高其可靠性。 目前,在MEMS动态测试中常使用基于压电陶瓷的激励方式,而压电陶瓷较低的工作温度使其在高温环境下动态测试中应用存在较大的困难,高温环境下的激励技术还待进一步研究。本文采用放电底座激励方法,研究了高温环境下微构件动态测试技术,研制了高温环境下MEMS微构件动态特性测试系统。 采用放电底座激励方法实现了高温环境下对微构件的激励,分析了其激励原理,设计了放电激励装置,其利用针-板电极间尖端放电产生的激波激励微构件,并能通过以直进式千分尺为核心的进给机构调节电极间距,对微构件在不同激励能量下实施有效激励。激励装置的底座是由微构件安装板、十字载台、陶瓷绝缘片和板电极构成的多层结构,各层之间通过高温胶粘结。微构件通过硬性粘接方式安装在底座上,其振动响应信号由激光多普勒测振仪进行非接触式测量,计算机对测量数据进行频谱分析后得到微构件谐振频率。选用了体积小、能量密度高的加热元件对微构件加热,开发了以温控器、可控硅等控制元件为核心的温度控制系统,实现了微构件温度自动控制。采用模块化编程思想,编写了基于LabVIEW的温度控制软件,方便、直观地控制微构件温度并监测激励装置温度。 利用所建立的测试系统,在室温-500℃温度范围内,测试了典型微构件的谐振频率,验证了放电激励方法的可行性,并得到了微构件谐振频率随温度变化曲线。


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