[发明专利]MEMS三维静动态测试系统

说明书

技术领域

本发明属于测试系统领域，尤其是涉及一种MEMS三维静动态测试系统的改进。

背景技术

微器件静动态测试方法对微机电系统(MEMS)设计、制造和可靠性具有非常重要的意义。通过测试，可确定MEMS器件三维微运动情况、材料属性及机械力学参数，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。

MEMS具有极微小尺寸和超高频振动响应的特点。基于压电、光弹和应变等效应的传统接触式测量方法无法胜任MEMS器件动态特性测量。激光多普勒振动仪（LDV，laserDoppler vibrometer）是典型的非接触式无损测量设备，能以nm级精度实现频率达MHz以上的离面运动测量，但由于无法一次性同时测量多点的运动，只能采用扫描方式，不可避免地引入扫描控制难度和测量误差。计算机微视觉系统，采用频闪观测、多焦平面成像和景深处理等技术，该系统可以进行高精度面内运动测量，但难以获得同样精度的离面运动。

发明内容

本发明就是针对上述问题，提供一种测试过程具有高速可视化非接触性特点的MEMS三维静动态测试系统。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案，本发明包括显示干涉仪、显微视觉模块、频闪照明模块、PZT驱动器、PZT相移器、多功能数据卡、信号放大器、图像采集模块，其结构要点是：显示干涉仪、显微视觉模块、频闪照明模块、PZT驱动器、PZT相移器、多功能数据卡、信号放大器、图像采集模块依次相连。

作为一种优选方案，显微干涉仪采用偏振型显微干涉仪。

本发明有益效果。

本发明用频闪照明、显微干涉和计算机微视觉等非接触式技术，通过偏振型TwymanrGreen显微干涉仪、计算机微视觉系统和频闪照明系统相结合，构建了MEMS三维静动态测试系统。频闪照明系统自动采集MEMS高速运动的清晰图像。利用5步相移干涉(PSI)算法和去包裹算法，通过偏振型TwymanrGreen显微干涉仪测量MEMS器件表面静态形貌、离面运动和垂向变形。基于计算机微视觉系统，提出了高速高精度的亚像素模板匹配算法，测量MEMS器件面内刚体运动。测试过程具有高速可视化非接触性特点。

附图说明

为本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及具体实施方式，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

图1是本发明电路原理框图。

具体实施方式

如图所示，本发明采用如下技术方案，本发明包括显示干涉仪、显微视觉模块、频闪照明模块、PZT驱动器、PZT相移器、多功能数据卡、信号放大器、图像采集模块，其特征在于显示干涉仪、显微视觉模块、频闪照明模块、PZT驱动器、PZT相移器、多功能数据卡、信号放大器、图像采集模块依次相连。

作为一种优选方案，显微干涉仪采用偏振型显微干涉仪。

遮光闸遮住射入参考平面镜的光线，系统为显微视觉系统。通过多功能数据卡提供周期性激励信号和脉冲信号，使MEMS器件周期性运动，同时激光二极管(LD)发出频闪光。使LD频闪光的闪光频率与MEMS器件周期性激励信号的频率相等，即使MEMS器件做超高频高速运动，系统拍摄的总是冻结不变的图像。通过调整频闪光脉冲与激励信号的相对延时，可获得该激励周期内不同时刻的多幅视觉图。

光线通过遮光闸时，系统则为偏振型TwymanrGreen显微干涉仪。由PZT相移器以Nλ/8（λ为频闪光波长，N=0，1，2，3，4）的微小位移移动参考镜，可获得不同移相的一组(5幅)干涉图像集。通过频闪照明和相对延时，可获得MEMS器件激励周期内不同时刻的多组干涉图像集。

基于VisualC++，开发了数据处理软件，主要包括基于计算机视觉的面内运动测量和基于显微干涉的离面运动测量2个模块。对视觉图像进行亚像素模板匹配可得到MEMS器件平面内刚体运动情况。对干涉条纹图去噪声，进行包裹相位计算和组内、组间去包裹可得出MEMS器件表面静态形貌、垂向变形和离面运动情况。由于MEMS器件运动是离面运动和面内运动的复合运动，计算离面运动时，需结合当时面内运动测量结果消除干涉图的面内平移。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明所提交的权利要求书确定的保护范围。