[发明专利]一种用于MEMS金属微结构动态特性测试的非接触式激波激励装置

说明书

本发明公开了一种用于MEMS金属微结构动态特性测试的非接触式激波激励装置，包括设在基板上的手动三轴位移台和支座，在手动三轴位移台的Z轴溜板上设有针电极单元，其针电极指向设在支座上端的微结构单元；微结构单元包括固定套，在固定套孔内的环形阶梯处绝缘安装有安装板，在安装板下部设有半圆形通孔，在安装板上通过微结构压板压装MEMS金属微结构；所述针电极和安装板分别与高压电容的两极电联接，在针电极和高压电容之间设有第一空气开关控制通断；高压电容的两极分别电联接至高压电源的正负极，并通过第二空气开关控制通断。该装置能够避免底座结构的振动响应对测试结果的干扰，实现了对金属微结构的非接触式激励，操作简便安全，激励效果好。

技术领域

本发明属于微型机械电子系统技术领域，特别涉及一种用于MEMS金属微结构动态特性测试的非接触式激波激励装置。

背景技术

由于MEMS微器件具有成本低、体积小和重量轻等优点，使其在汽车、航空航天、信息通讯、生物化学、医疗、自动控制和国防等诸多领域都有着广泛的应用前景。对于很多MEMS器件来说，其内部微结构的微小位移和微小变形是器件功能实现的基础，因此对这些微结构的振幅、固有频率、阻尼比等动态特性参数进行精确测试已经成为开发MEMS产品的重要内容。

为了测试微结构的动态特性参数，首先需要使微结构产生振动，也就是需要对微结构进行激励。由于MEMS微结构具有尺寸小、重量轻和固有频率高等特点，传统机械模态测试中的激励方法和激励装置无法被应用在MEMS微结构的振动激励当中。近二十年来，国内外的研究人员针对MEMS微结构的振动激励方法进行了大量的探索，研究出了一些可用于MEMS微结构的激励方法以及相应的激励装置。其中，佘东生等在《基于激波的MEMS微结构底座冲击激励方法研究》一文中介绍了一种基于激波的底座激励装置，该装置具有激励带宽大，适用范围广等优点，具备很好的应用潜力。不过该装置仍然存在着下列缺点：第一，该装置是使用底座激励的方式对微结构进行激励的，因此在采用非接触式的光学测振方法所获得的微结构振动响应信号里会包含底座结构的振动响应，这会使获取微结构的动态特性参数变得困难；第二，在装置中，进给机构只能手动调节，不能实现自动进给，导致放电操作繁琐且安全性差；第三，在装置中是采用粘接的方式来固定微结构的，一方面会导致连接刚度变差，从而降低了激励装置的激励带宽，另一方面，由于固化后的胶水不易去除，所以若想将微结构从微结构安装板上拆卸下来变得十分困难。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种用于MEMS金属微结构动态特性测试的非接触式激波激励装置，该装置能够避免底座结构的振动响应对测试结果的干扰，实现了对MEMS金属微结构的非接触式激励，操作简便安全，激励效果好，便于测试金属微结构的动态特性参数。

为解决上述问题，本发明采用如下技术方案：

一种用于MEMS金属微结构动态特性测试的非接触式激波激励装置，包括基板，在基板上设有手动三轴位移台和支座，在手动三轴位移台的Z轴溜板上设有针电极单元；所述针电极单元包括用于连接Z轴溜板的直角连接板，在直角连接板上设有二块相互平行的支撑板，在二块支撑板之间设有平行布置的导向轴和丝杠并在导向轴上套设有传动板，传动板与丝杠之间通过丝母连接，在其中一块支撑板外侧设有与丝杠同轴连接的步进电机，在传动板上端通过陶瓷管绝缘安装有针电极，针电极指向设置在支座上端的微结构单元；

所述微结构单元包括安装在支座上端的固定套，在固定套内设有阶梯状安装孔，在安装孔内的环形阶梯处绝缘安装有安装板，在安装板下部设有半圆形通孔，在安装板上对应针电极一侧通过微结构压板压装MEMS金属微结构，MEMS金属微结构的振动端凸出微结构压板并悬置于所述半圆形通孔一侧；

所述针电极和安装板分别与高压电容的两极电联接，在针电极和高压电容之间设有第一空气开关控制通断；所述高压电容的两极分别电联接至高压电源的正负极，并通过第二空气开关控制通断。

作为进一步优选，所述手动三轴位移台安装在一个底板上，该底板通过螺钉固定在基板上。