[发明专利]采用分布式多电极测量微/纳机电系统振动模态的方法

权利要求书

1.一种采用分布式多电极测量微/纳机电系统振动模态的方法，其特征在于，步骤如下：

1)将分布式多电极电容传感器安装在微/纳机电系统振动部件的下方；

2)通过给激励电极施加交变电压形成交变电场对微/纳机电系统振动部件进行定频激振，稳定后对其进行扫频激振，接收一个或多个电极的电容变化信号并绘制频响曲线寻找峰值点，结合多条频响曲线的峰值点进行分析得到待定共振频率值；

3)以某个待定共振频率为交变电压频率对微/纳机电系统振动部件进行定频激振并接收所有电极的电容变化时域信号，待电容变化稳定后分别截取一段稳定的时域信号并对该段时域信号进行快速傅里叶变换得到频域信号，对每个电极所得到的频域信号进行处理，取激振频率所对应的小范围频域内最大的幅值为对应电极的振型幅值，并根据激振频率对应相位的正负对幅值进行赋号，将每个电极对应的振幅与其坐标关联绘制出振型图，并根据振型图判断该待定共振频率是否为某阶固有频率，若是，则得到该阶固有频率的完整模态信息并储存对应模态信息；若否，则舍弃该待定共振频率；再选取不同的待定共振频率重复步骤3)以得到不同固有频率的完整模态信息。

2.根据权利要求1所述的采用分布式多电极测量微/纳机电系统振动模态的方法，其特征在于，所述步骤1)具体包括：在预设有微/纳机电系统振动部件的下方位置，制备电容传感器基底并清洗，采用化学气相沉积法技术将导电材料在基底薄膜上沉积为导电层，使用光刻方法或离子束刻蚀方法将导电层制备为分布式多电极结构并为每个电极制作独立导线结构，在导电层上通过化学气相沉积法制备绝缘层，之后再进行微/纳机电系统其他部件的构建。

3.根据权利要求1所述的采用分布式多电极测量微/纳机电系统振动模态的方法，其特征在于，所述步骤2)具体包括：在集成有分布式多电极电容传感器的微/纳机电系统上给激励电极以起始频率对其进行定频激振待电容变化稳定后，以均匀变化频率的交变电压激振微/纳机电系统振动部件，并绘制频响曲线，查找不同电极的频响曲线的第k个峰值处对应的频率值分别为f_k1、f_k2、f_k3、……、f_km，其中f_km为选取的第m个电极上第k个峰值，结合不同的频率值确定第k个待定共振频率f_k，然后将得到的n个待定共振频率重新按升序排列记为f₁、f₂、f₃、……、f_n，其中，f₁至f_n即为最后得到的n个待定共振频率值。

4.根据权利要求1所述的采用分布式多电极测量微/纳机电系统振动模态的方法，其特征在于，所述步骤2)中扫频起始频率和终止频率根据微/纳机电系统振动部件的尺寸形状而定，且扫频速度不能快。

5.根据权利要求1所述的采用分布式多电极测量微/纳机电系统振动模态的方法，其特征在于，所述步骤3)具体包括：以某个待定共振频率f_i为交变压的输入频率定频的激振微/纳机电系统振动部件，通过各个电极的独立导线实时接收所有电极的电容变化的时域信号，待电容变化稳定后对所有电极均分别截取一段稳定时域信号并分别对截取的时域信号做快速傅里叶变换得到各个电极对应电容信号稳定波动的频域信息并绘制幅频曲线与相频曲线，即得到每个电极的频域信号；取某个电极对应的幅频曲线，以f_i为目标频率取相邻小范围频域内对应最大幅值为对应电极的振型幅值，再根据该目标频率对应在相频曲线上相位的正负对幅值进行赋号，将获得的新的幅值与对应电极的位置信息对应，处理完所有电极后根据电极位置与新幅值进行插值并绘制振型图；根据振型图判断f_i是否为固有频率，若是，则得到该固有频率的完整模态信息并储存对应模态信息；若否，则舍弃；再选取不同的待定共振频率重复步骤3)以得到不同固有频率的完整模态信息。