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MEMS三维微触觉测头的低频振动测试系统

天津大学学报 2009年第3期42卷 273-277页

作者：李源傅星谢初南沈瑶琼安兆亮栗大超胡小唐天津大学精密测试技术及仪器国家重点实验室天津300072 上海市计量测试技术研究院上海201203

针对一种MEMS三维微触觉测头,构建了基于Suss Microtec三维微定位器和PI压电陶瓷的动态测试装置,对测头的动态性能进行了表征.分别测试了测头在轴向和横向负载下对不同幅度低频振动信号的响应情况,研究了测量过程的短时重复性能.结果表... 详细信息

针对一种MEMS三维微触觉测头,构建了基于Suss Microtec三维微定位器和PI压电陶瓷的动态测试装置,对测头的动态性能进行了表征.分别测试了测头在轴向和横向负载下对不同幅度低频振动信号的响应情况,研究了测量过程的短时重复性能.结果表明,压电陶瓷位移-电压曲线的非线性误差在轴向测量模式下小于0.102%,横向测量模式下小于0.507%.

关键词：微触觉测头振动测试三维测量微机电系统

基于MEMS微触觉测头和纳米测量机的特征尺寸测量

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传感技术学报 2008年第12期21卷 2097-2100页

作者：李源邹子英傅云霞傅星栗大超胡小唐上海市计量测试技术研究院上海201203 天津大学精密测试技术及仪器国家重点实验室天津300072

针对微小结构几何量测量的需求,通过集成MEMS微触觉测头和纳米测量机构建了高精度的测量系统。在验证测头性能的基础上,完成了一系列判断测头测量分辨力和精度的实验,在轴向、同向横向、异向横向三个方向测量的标准偏差分别为41.7552nm,... 详细信息

针对微小结构几何量测量的需求,通过集成MEMS微触觉测头和纳米测量机构建了高精度的测量系统。在验证测头性能的基础上,完成了一系列判断测头测量分辨力和精度的实验,在轴向、同向横向、异向横向三个方向测量的标准偏差分别为41.7552nm,6.05μm,6.16μm,同时,在扫描实验中进程回程扫描差值的标准偏差为23.088nm。

关键词：微机电系统微触觉测头尺寸测量纳米测量机

MEMS电容式微触觉测头设计、制备及性能测试研究

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MEMS电容式微触觉测头设计、制备及性能测试研究

作者：何明轩上海交通大学

学位级别：硕士

随着微机电系统(MEMS)技术的发展,器件特征尺寸和与之关联的公差不断减小,通常在毫、微米量级,这就对微结构的高精度测量提出了更高的要求。微纳坐标测量机在微纳测量领域得到广泛的运用,微触觉测头是与微纳坐标测量机配合工作并获得被... 详细信息

随着微机电系统(MEMS)技术的发展,器件特征尺寸和与之关联的公差不断减小,通常在毫、微米量级,这就对微结构的高精度测量提出了更高的要求。微纳坐标测量机在微纳测量领域得到广泛的运用,微触觉测头是与微纳坐标测量机配合工作并获得被测样品表面位置信息的传感部件,它的性能直接决定测量精度,因此开发新型高灵敏、高分辨力、低测量不确定度的微触觉测头成为了研究热点。本文从高精度、高分辨力的测量需求出发,结合MEMS工艺,开发了一种MEMS电容式微触觉测头,并针对微触觉测头做了一系列性能测试研究。本文的主要工作有以下几点。首先,基于电容传感的检测原理,设计了一种由微型测针和微电容传感器组成的微触觉测头,分析了测量原理及轴向、横向灵敏度,通过研究测针重力、测量力对微触觉测头灵敏度、测量范围的影响,建立了灵敏度、测量范围随微触觉测头轴向刚度之间的关系,得到微触觉测头最佳轴向刚度范围,在此基础上研究了S型弹簧和可动极板的垂直刚度随结构参数的变化规律,结合MEMS工艺,确定了微电容传感器的尺寸,并通过有限元仿真验证了可行性。在结构和参数确定的基础上,基于本实验室现有工艺,拟定微电容位移传感器制备工艺方案,正确选择结构材料,在多次工艺试验下,分析器件失效的主要形式和原因,发现因残余压应力而导致的可动极板发生屈曲是存在的最大工艺难题,经过反复研究与试验,提出了可动极板采用“Ni-Cu-Ni”的三明治结构方案,并通过实验得到了验证,在新的工艺方案下制备出了表面平整的微电容传感器原型器件,并将合格的微电容位移传感器与微型测针集成构成原始微触觉测头。微触觉测头制备完成后,与上海计量测试院合作设计了以单片机C8051作为微控制器,AD7747为电容数字转换芯片的信号检测系统。然后配置检测系统软件,使信号检测系统工作。根据校准系统的标准和要求,设计了校准系统框架,根据框架搭建校准测试系统。利用搭建的校准测试系统,针对微触觉测头做了一系列性能测试实验,通过实验数据分析出微触觉测头的测量范围、灵敏度、线性度、迟滞误差、重复性误差、分辨力、耦合性一系列静态指标和响应时间等动态特性,讨论了微触觉测头实现高精度测量的可行性。最后,总结微触觉测头的存在的缺陷和局限性,提出可行的解决方法并展望未来研究工作。

关键词：微机电系统(MEMS) 微触觉测头微电容传感器校准

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基于电容式传感测头的电容检测系统的设计

传感器与微系统 2011年第12期30卷 95-97,101页

作者：卢歆何明轩李源傅云霞汪红上海市计量测试技术研究院上海201203 中国计量学院计量测试工程学院浙江杭州310018 上海交通大学微纳科学技术研究院微米/纳米加工技术重点实验室上海200240

针对纳米尺寸测量领域的不同测量要求,尝试开发一种基于电容传感器的微触觉测头及其电容检测系统。阐述了测头的结构原理和电容传感器的工作原理,研制了基于电容传感器的微触觉测头。测头的测量原理表明:微小电容检测电路是整个电容检... 详细信息

针对纳米尺寸测量领域的不同测量要求,尝试开发一种基于电容传感器的微触觉测头及其电容检测系统。阐述了测头的结构原理和电容传感器的工作原理,研制了基于电容传感器的微触觉测头。测头的测量原理表明:微小电容检测电路是整个电容检测系统的关键部分。该微小电容检测电路选用电容/数字转换器(CDC)AD7747芯片,分别编写了单片机与该芯片的I2C通信程序和单片机与上位机间的串行通信程序,实现了微小电容的采集和处理,简单进行了电容式传感测头的轴向性能的测试实验。实验表明:电容式微触觉测头的分辨率为0.02μm,重复性较好,证实了此电容式微触觉测头的可行性。

关键词：电容传感器微触觉测头微小电容检测 AD7747 串行通信