[发明专利]一种MEMS微结构平面位移测量方法

说明书

技术领域

本发明属于MEMS动态测量技术领域。具体涉及到分形插值、奇异值分解的MEMS平面位移测量方法。

背景技术

微机电系统（MEMS：Micro-electro-Mechanical Systems）是在微电子工艺的基础上发展的多学科交叉的前沿研究领域，涉及微机械学、微电子学、自动控制、物理、化学、生物以及材料学等多种工程技术和科学。MEMS的技术发展开辟了一个全新的技术领域和产业，采用MEMS技术制作的微传感器、微执行器、微型构件、微机械光学器件、真空微电子器件、电力电子器件等有体积小、质量轻、功耗低、可靠性强、易于智能化、数字化等优点，所以在航空、航天、汽车、生物医学、环境监控、军事以及几乎人们所接触到的所有领域中都有着十分广阔的应用前景，这也使MEMS成为一项关系到国家科技发展、国防安全和经济繁荣的关键技术。美、日、欧、韩、新加坡等国也都认识到发展MEMS对国际竞争的重要意义，把MEMS与电子信息、航空航天等并列作为战略高科技来对待。

在MEMS的测试研究中，MEMS动态特性测试是一项重要内容。对微谐振器、微陀螺仪、微传感器、微执行器、微电子器件、微加速度计和光开关等具有可动部件的MEMS器件而言，其动态特性决定了MEMS器件的基本性能。通过测试，可确定MEMS器件三维运动情况、材料属性以及机械力学参数，可建立或验证其理论模型和失效机理，指导其结构优化设计，降低批量生产成本，推进MEMS产业化进程。因此MEMS动态测试理论和方法的研究对微机电系统MEMS设计、制造和可靠性具有非常重要的意义。

在MEMS图像分析理论与方法的研究中，为了提高测试精度和速度，对测量图像进行降维降噪等成为研究中的重点。常用的位移检测方法有：块匹配法、像素递归法和相位相关法等。这些方法各有优缺点：块匹配法需要假设分块之间发生的平面位移是独立的；像素递归法，优点是运算量小，使得容易到达系统对时间的处理要求，缺点是处理后的结果对噪声的鲁棒性不好，并且检测范围不大；相位相关法理论基础是傅里叶功率谱，利用互功率谱中的相位信息来进行图像运动测量，灰度值的变化对测量结果影响不大，具有抗干扰能力，精度高，但运算量大，所以研究人员一直在研究基于该方法的优化算法，所以本发明结合相位相关理论、奇异值分解技术和分形插值技术，提出了一种混合分形插值和奇异值分解的MEMS微结构平面位移测量方法，然后将其运用在MEMS微结构面内位移测量中，快速的获得具有良好测量精度的MEMS微结构面内位移测量方法。因此本发明具有现实的理论意义和应用价值。

在国内外，MEMS动态测试技术已得到了许多研究机构的高度重视，美国UC Berkeley大学BSAC研究中的Christian Rembe等研制的MEMS动态测试仪，集成了频闪微视觉和干涉技术，采用最小二乘法和相移算法等，可测试MEMS器件的三维实时运动和动态结构变形，实现高精度的面内测量。美国MIT微系统实验室Freeman教授领导的研究小组研制的基于计算视觉的MEMS动态测试系统。天津大学在MEMS动态特性测试的研究中取得了较大发展。华中科技大学谢勇君等采用集成频闪成像、计算机微视觉和显微干涉技术，研制了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、垂向变形等测量，并达到纳米级精度。以上研究在图像相关性方面多用的是基于灰度和特征的匹配法，这些方法对图像的灰度变化或者旋转等方面极其敏感，因此会存在较大的测量误差。

发明内容