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基于频闪成像的MEMS-DMs动静态特性测试

向东  
【摘要】: MEMS技术应用日趋广泛,但相对落后的测试手段成为MEMS技术发展的瓶颈。研究如何在MEMS运动过程中记录瞬间运动状态,并恢复MEMS表面的离面运动历程,则是MEMS动态测试技术的关键。本文在充分调研的基础上,结合频闪成像技术和相移显微干涉技术,建立了MEMS-DMs静态及离面运动测试系统,提出新的用于恢复离面运动信息的双向相位展开算法,提出了基于可靠性的相位解缠算法,并实现对可变形反射镜(DMs)的特性测量。论文的主要工作包括以下几个方面: (1)分析了MEMS-DMs(可变形反射镜)的特点,为测试方法的运用提供了依据,并提出了一种新的基于MEMS技术的带透明电极的可变形反射镜的设计,较为详细地介绍了其研制方法。 (2)论文仔细分析了相移显微干涉测试技术的原理,分别从干涉显微镜的光学结构布局、相移干涉术和离面高度相位计算三部分,详细剖析等步长相移微视觉干涉的技术细节,并对各个部分中存在的方法或算法进行系统的分析。提出了一种新的相位解缠的算法,并且利用matlab验证了此种算法的可靠性。 (3)建立MEMS离面运动测试系统,在此基础上,先后完成LED光源的选择和性能分析,驱动电路的修改和调试,高压运放电路的修改和调试,任意波形发生器的调试等,完成了系统各部分的连接。并且提出基于频闪成像技术的沿时间轴和空间轴的双向相位展开算法,获得了具有时间分辨率的3D形貌图。 (4)采用虚拟仪器技术建立频闪成像同步控制系统。工作包括硬件的搭建,激励信号和控制信号的波形编辑,同步控制策略的软件实现。由于各部分的时间延迟对系统性能影响较大,文中还详细讨论了系统各部分时间延迟的标定,以及解决的方法。 (5)实验验证系统性能。我们对MEMS-DMs实施离面运动测试,频闪同步控制系统成功获得该器件运动瞬间的干涉组图,数据后续处理软件则利用这些干涉图恢复出器件的离面运动轨迹。测试系统还实现对可变形反射镜镜面离面运动的扫频测量,获得了共振频率等物理参数。


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