一种用于MEMS微结构动态特性测试的聚焦激波激励装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种用于MEMS微结构动态特性测试的聚焦激波激励装置，包括基板、手动三轴位移台和支座，在手动三轴位移台的Z轴溜板上设有微结构单元；在支座上端设有内腔为半个椭球面的椭球腔体，椭球面的第一焦点位于椭球腔体内；在椭球腔体两侧对称设有二个针电极单元；二个针电极针尖位于第一焦点横截面上且指向第一焦点；MEMS微结构位于椭球面第二焦点处；二个针电极分别与高压电容的两极电联接，在一个针电极和高压电容之间设有第一空气开关；高压电容两极分别电联接至高压电源并通过第二空气开关控制通断。优点是：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微结构的非接触式激励，激励效果好，便于测试微结构的动态特性参数。

Focusing shock wave excitation device for testing dynamic characteristics of MEMS microstructure

The invention discloses an exciting device for shock focus MEMS micro structural dynamic characteristic test, which comprises a substrate, a manual three axial displacement and support Taiwan, Z axis in the manual three axis displacement stage slide plate is provided with a micro structure unit; in the bearing cavity is arranged on the upper end for half an ellipsoid ellipsoid cavity, the first focus of the ellipsoid in the ellipsoid with two cavity; the needle electrode unit in ellipsoidal cavity symmetry; two needle electrode tip in the first focus on cross section and point to the first focus; MEMS micro structure is located at the focal point of the ellipsoid second poles; two needle electrodes are respectively electrically connected with the high-voltage capacitor, a first switch is arranged between the air a needle electrode and a high-voltage capacitor; high voltage capacitor are electrically coupled to the high-voltage power supply by second air switch on-off control. The utility model has the advantages that the vibration response of the base structure can be avoided, and the non-contact excitation of the MEMS micro structure is realized, and the excitation effect is good, and the dynamic characteristic parameters of the micro structure are easy to be tested.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于微型机械电子系统
，特别涉及一种用于MEMS微结构动态特性测试的聚焦激波激励装置。
技术介绍
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。不过该装置的主要缺点在于：该装置是使用弹性底座激励的方式对微结构进行激励的，因此当采用非接触式的光学测振方法对微结构的动态特性进行测试时，所获得的振动响应信号里不可避免地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十分困难。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种用于MEMS微结构动态特性测试的聚焦激波激励装置，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微结构的非接触式激励，激励效果好，便于测试MEMS微结构的动态特性参数。为解决上述问题，本专利技术采用如下技术方案：一种用于MEMS微结构动态特性测试的聚焦激波激励装置，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轴溜板上设有微结构单元；所述微结构单元包括一个安装套，在安装套内设有阶梯状安装孔，在安装孔内底部通过微结构安装板安装有MEMS微结构；在安装孔外端口处通过压板压装有光学玻璃板；在支座上端设有椭球腔体，椭球腔体的内腔为半个椭球面，该椭球面的第一焦点位于椭球腔体内；在椭球腔体两侧对称设有二个针电极单元，每个针电极单元包括分别固定在椭球腔体上且依次嵌套的轴套、弹簧安装座和外套，在外套内设有滑动套，滑动套外缘为阶梯轴状且前端由弹簧安装座和轴套的中心孔穿出并插入到椭球腔体的内腔，在滑动套前端中心孔内设有外部套有绝缘套的针电极；在弹簧安装座外端止口与滑动套之间设有复位弹簧，在外套中心处通过螺纹连接有调节螺杆，调节螺杆前端顶靠在滑动套外端，用于调节针电极的轴向位置；二个针电极单元的针电极针尖位于椭球面第一焦点的横截面上且指向椭球面的第一焦点；所述MEMS微结构位于椭球腔体内腔开口一侧椭球面的第二焦点处；二个针电极单元的针电极分别与高压电容的两极电联接，在一个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，所述绝缘套为陶瓷管并通过顶丝固定在滑动套前端。作为进一步优选，所述安装套通过一个水平支座安装在所述Z轴溜板上。作为进一步优选，所述微结构安装板通过圆周均布的螺钉固定在安装孔内底部的环形平面上，在微结构安装板上设有与所述安装孔底部小孔相对应的通孔，MEMS微结构粘接在微结构安装板上。作为进一步优选，所述轴套、弹簧安装座和外套分别通过螺钉固定在椭球腔体上，其中轴套外缘为阶梯状且前部插入到设在椭球腔体两侧的安装孔内，所述滑动套与轴套之间滑动间隙配合。作为进一步优选，所述调节螺杆为空心结构且与滑动套中心孔对应相通，用于穿过连接针电极的导线。本专利技术的有益效果是：由于椭球腔体的内腔为半个椭球面，该椭球面的第一焦点位于椭球腔体内，二个针电极单元的针电极针尖位于椭球面第一焦点的横截面上且指向椭球面的第一焦点，所述MEMS微结构位于椭球面的第二焦点处，因此实现了通过两个针电极进行放电，并使用椭球腔体的椭球面对放电所产生的激波进行聚焦，利用聚焦后的激波对处于椭球面第二焦点处的MEMS微结构进行冲击激励，一方面，在结构设计上取消了弹性底座结构，使激波直接作用到MEMS微结构上，因此当采用非接触式的光学测振方法对MEMS微结构的动态特性进行测试时，所获得的振动响应信号里不会包含底座结构的振动响应，使获取MEMS微结构的动态特性参数变得更加容易，实现了对MEMS微结构的非接触式激励，能够避免底座结构的振动响应对测试结果的干扰；另一方面，激波在经过椭球腔体聚焦后的能量更加集中，大大提高了激励装置的激振能力，激励效果好，便于测试MEMS微结构的动态特性参数。附图说明图1是本专利技术的立体结构示意图。图2是本专利技术的俯视图。图3是本专利技术的侧视图。图4是图2的A-A剖视图。图5是本专利技术针电极单元的立体结构图。图6是本专利技术针电极单元的的结构剖视图。图7是本专利技术微结构单元的立体结构图。图8是微结构单元的主视图。图9是图8的C-C剖视图。图10是本专利技术的电路方框图。图中：1.基板，2.支座，3.椭球腔体，301.椭球面，4.微结构单元，401.安装套，402.螺钉，403.压板，404.光学玻璃板，405.MEMS微结构，406.螺钉，407.微结构安装板，5.针电极单元，501.调节螺杆，502.外套，503.弹簧安装座，504.轴套，505.顶丝，506.滑动套，507.绝缘套，508.针电极，509.复位弹簧，6.手动三轴位移台，7.底板，8.螺钉，9.Z轴溜板，10.水平支座，11.第一空气开关，12.第二空气开关，13.高压电容，14.高压电源。具体实施方式如图1-图3所示，本专利技术涉及的一种用于MEMS微结构动态特性测试的聚焦激波激励装置，包括基板1，在基板1上设有手动三轴位移台6和支座2，所述手动三轴位移台6安装在一个底板7上，该底板7通过螺钉8固定在基板1上。在手动三轴位移台6的Z轴溜板9上设有微结构单元4；如图7-图9所示，所述微结构单元4包括一个通过水平支座10安装在所述Z轴溜板9上的安装套401，在安装套401内设有阶梯状安装孔，在安装孔内底部通过微结构安装板407安装有MEMS微结构405；所述微结构安装板407通过圆周均布的螺钉406固定在安装孔内底部的环形平面上，在微结构安装板407上设有与所述安装孔底部小孔相对应的通孔，MEMS微结构405粘接在微结构安装板407上。在安装孔外端口处通过压板403压装有光学玻璃板404，光学玻璃板404镶装在所述安装孔外端止口内，所述压板403通过圆周均布的螺钉402与安装套401连接。所述支座2通过螺钉固定在基板1上，在支座2上端支撑并固定有一个椭球腔体3，椭球腔体3的内腔为半个椭球面301，该椭球面301的第一焦点位于椭球腔体3内，第二焦点位于微结构单元4一侧。在椭球腔体3两侧对称安装有二个针电极单元5。如图4-图6所示，每个针电极单元5包括分别通过螺钉固定在椭球腔体3上且依次嵌套的轴套504、弹簧安装座503和外套502，其中轴套504外缘为阶梯状且前部插入到设在椭球腔体3两侧的安装孔内，弹簧安装座503套设于轴套504的大径本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于MEMS微结构动态特性测试的聚焦激波激励装置，包括基板，其特征是：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轴溜板上设有微结构单元；所述微结构单元包括一个安装套，在安装套内设有阶梯状安装孔，在安装孔内底部通过微结构安装板安装有MEMS微结构；在安装孔外端口处通过压板压装有光学玻璃板；在支座上端设有椭球腔体，椭球腔体的内腔为半个椭球面，该椭球面的第一焦点位于椭球腔体内；在椭球腔体两侧对称设有二个针电极单元，每个针电极单元包括分别固定在椭球腔体上且依次嵌套的轴套、弹簧安装座和外套，在外套内设有滑动套，滑动套外缘为阶梯轴状且前端由弹簧安装座和轴套的中心孔穿出并插入到椭球腔体内腔，在滑动套前端中心孔内设有外部套有绝缘套的针电极；在弹簧安装座外端止口与滑动套之间设有复位弹簧，在外套中心处通过螺纹连接有调节螺杆，调节螺杆前端顶靠在滑动套外端，用于调节针电极的轴向位置；二个针电极单元的针电极针尖位于椭球面第一焦点的横截面上且指向椭球面的第一焦点；所述MEMS微结构位于椭球腔体内腔开口一侧椭球面的第二焦点处；二个针电极单元的针电极分别与高压电容的两极电联接，在一个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。...

【技术特征摘要】
1.一种用于MEMS微结构动态特性测试的聚焦激波激励装置，包括基板，其特征是：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轴溜板上设有微结构单元；所述微结构单元包括一个安装套，在安装套内设有阶梯状安装孔，在安装孔内底部通过微结构安装板安装有MEMS微结构；在安装孔外端口处通过压板压装有光学玻璃板；在支座上端设有椭球腔体，椭球腔体的内腔为半个椭球面，该椭球面的第一焦点位于椭球腔体内；在椭球腔体两侧对称设有二个针电极单元，每个针电极单元包括分别固定在椭球腔体上且依次嵌套的轴套、弹簧安装座和外套，在外套内设有滑动套，滑动套外缘为阶梯轴状且前端由弹簧安装座和轴套的中心孔穿出并插入到椭球腔体内腔，在滑动套前端中心孔内设有外部套有绝缘套的针电极；在弹簧安装座外端止口与滑动套之间设有复位弹簧，在外套中心处通过螺纹连接有调节螺杆，调节螺杆前端顶靠在滑动套外端，用于调节针电极的轴向位置；二个针电极单元的针电极针尖位于椭球面第一焦点的横截面上且指向椭球面的第一焦点；所述MEMS微结构位于椭球腔体内腔开口一侧椭球面的第二焦点处；二个针电极单元的针电极分别与高压电容的两极电联接，在一个针电极和高压电容之间设有...

【专利技术属性】
技术研发人员：佘东生，杨一柳，魏泽飞，赵玉峰，刘继行，
申请(专利权)人：渤海大学，
类型：发明
国别省市：辽宁;21