專利名稱：一種用于mems動(dòng)態(tài)特性測(cè)試的底座激勵(lì)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于微型機(jī)械電子系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域，涉及到一種微結(jié)構(gòu)或微器件動(dòng)態(tài)特性測(cè)試的激振裝置。
背景技術(shù)：
近年來，采用MEMS技術(shù)制作的微器件在使用壽命、可靠性、成本、體積和重量等方面都顯示出巨大的優(yōu)勢(shì)，使其在民用領(lǐng)域及軍用領(lǐng)域有著越來越廣泛的應(yīng)用前景。對(duì)大多數(shù)微器件來說，其核心可動(dòng)微結(jié)構(gòu)的機(jī)械動(dòng)態(tài)特性直接決定了它的實(shí)際使用性能，所以對(duì)可動(dòng)微結(jié)構(gòu)的機(jī)械動(dòng)態(tài)特性進(jìn)行測(cè)試是十分必要的。與宏觀機(jī)械結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)特性測(cè)試相似，MEMS微結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)測(cè)試系統(tǒng)也包括激振、測(cè)振和數(shù)據(jù)處理等三個(gè)基本環(huán)節(jié)。為了實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)測(cè)試，就必須需要使待測(cè)微器件處于振動(dòng)狀態(tài)從而體現(xiàn)出其動(dòng)態(tài)特性，振動(dòng)激勵(lì)環(huán)節(jié)是實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)測(cè)試的最基本的環(huán)節(jié)。由于MEMS微器件的尺寸小、諧振頻率較高，傳統(tǒng)的動(dòng)態(tài)測(cè)試中的激勵(lì)裝置己無法應(yīng)用于MEMS微器件的動(dòng)態(tài)特性測(cè)試中。
基于壓電陶瓷的底座激勵(lì)是目前MEMS微器件動(dòng)態(tài)特性測(cè)試中應(yīng)用最廣泛的激勵(lì)方法。該方法一般是將待測(cè)微器件直接固定在壓電陶瓷上，在壓電陶瓷上下電極之間施加交變電壓，由于逆壓電效應(yīng)和電致伸縮效應(yīng)，壓電陶瓷會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)，從而帶動(dòng)微器件振動(dòng)。市場(chǎng)上常見的壓電陶瓷均為多層粘接的壓電堆，所以壓電陶瓷能夠承受較大的壓力，但不能承受拉力，拉力會(huì)導(dǎo)致壓電陶瓷的損壞，并且壓電陶瓷在使用時(shí)，對(duì)其施壓一定的預(yù)緊力有利于延長(zhǎng)壓電陶瓷的使用壽命；另外在壓電陶瓷的層與層之間存在剪切力時(shí)，同樣會(huì)對(duì)壓電陶瓷造成損害。目前所知的基于壓電陶瓷的底座激勵(lì)裝置并沒有充分考慮以上兩點(diǎn)°
由于MEMS微器件的結(jié)構(gòu)尺寸小，通常在亞毫米和微米量級(jí)之間，其固有頻 率較高，傳統(tǒng)的直接對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行激勵(lì)的方法己經(jīng)不再適用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種可用于MEMS動(dòng)態(tài)特性測(cè)試、穩(wěn)定可靠 的激勵(lì)裝置，克服壓電陶瓷作為激勵(lì)源使用時(shí)所存在的問題。該裝置通過結(jié)構(gòu) 上的設(shè)計(jì)減小壓電陶瓷安裝時(shí)所帶來的剪切力，同時(shí)對(duì)壓電陶瓷施加一定的預(yù) 緊力，預(yù)緊力可測(cè)量，并能夠在對(duì)MEMS微器件進(jìn)行動(dòng)態(tài)特性測(cè)試時(shí)，實(shí)時(shí)測(cè)量 壓電陶瓷的輸出力，便于計(jì)算微結(jié)構(gòu)的頻響函數(shù)。 本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是
一種用于MEMS微器件動(dòng)態(tài)特性測(cè)試的激振裝置，主要由底板、壓力傳感器、 下聯(lián)接塊、上聯(lián)接塊、調(diào)節(jié)墊片、十字彈簧片、微器件、螺釘、壓電陶瓷、鋼 球、套筒和螺釘組成；將待測(cè)微器件粘接在頂部的十字彈簧片上，十字彈簧片 通過螺釘安裝在套筒頂部；壓電陶瓷、上聯(lián)接塊、鋼球、下聯(lián)接塊、壓力傳感 器安裝在套筒內(nèi)部，壓電陶瓷底部粘接在上聯(lián)接塊上，頂部和十字彈簧片接觸， 調(diào)節(jié)墊片的厚度，使十字彈簧片產(chǎn)生變形壓緊壓電陶瓷；上聯(lián)接塊和下聯(lián)接塊 之間采用鋼球過渡；壓力傳感器安裝在底板上，底板和套筒之間采用螺釘連接。 本發(fā)明的有益效果是，
(1) 由于采用上聯(lián)接塊，鋼球，下聯(lián)接塊的可動(dòng)底座結(jié)構(gòu)，將面接觸力轉(zhuǎn)變?yōu)?線接觸力，有效的減小了壓電陶瓷安裝時(shí)內(nèi)部產(chǎn)生的剪切力。
(2) 通過結(jié)構(gòu)上的設(shè)計(jì)，由十字彈簧片對(duì)壓電陶瓷施加一定的預(yù)緊力，避免壓 電陶瓷受到拉力的作用，有效的延長(zhǎng)了壓電陶瓷的使用壽命。
(3) 通過壓力傳感器， 一方面可以測(cè)量壓電陶瓷受到的預(yù)緊力，避免超出壓電陶瓷最大可用壓力極限，另一方面可以測(cè)量壓電陶瓷在動(dòng)態(tài)激勵(lì)過程中的 輸出力，便于計(jì)算微結(jié)構(gòu)的頻響函數(shù)，進(jìn)而獲得微結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)特性參數(shù)。


附圖l為本發(fā)明的前視剖面圖。
附圖2為本發(fā)明裝置的俯視圖。
圖中1底板；2壓力傳感器，3-下聯(lián)接塊，4-上聯(lián)接塊，5-調(diào)節(jié)墊片，6-十字彈簧片，7-微器件，8-螺釘，9-壓電陶瓷，10-鋼球，11-套筒，12-螺釘。
具體實(shí)施例方式
以下結(jié)合技術(shù)方案和附圖詳細(xì)敘述本發(fā)明的具體實(shí)施例。 如圖1和圖2所示，待測(cè)微器件7采用膠直接粘接在頂部的十字彈簧片上6，
膠粘接劑要保證微器件7和十字彈簧片6之間盡可能的剛性連接，十字彈簧片6通
過螺釘8安裝在套筒11頂部。
壓力傳感器2、下聯(lián)接塊3、鋼球IO、上聯(lián)接塊4、壓電陶瓷9安裝在套筒內(nèi)
部，壓電陶瓷9底部通過膠粘接在上聯(lián)接塊4上，頂部和十字彈簧片6接觸；通過
改變調(diào)節(jié)墊片5的厚度，使十字彈簧片6變形對(duì)壓電陶瓷9施壓一個(gè)軸向的預(yù)緊
力；
上聯(lián)接塊4和下聯(lián)接塊3之間采用鋼球10過渡連接；壓力傳感器2安裝在底板 l上，底板1和套筒11之間采用螺釘12連接。
壓力傳感器2的引線通過套筒11側(cè)壁的接線孔連接到后續(xù)的信號(hào)處理電路 上，采集到的信號(hào)送入計(jì)算機(jī)中。在對(duì)壓電陶瓷9施壓預(yù)緊力時(shí)，通過壓力傳感 器2對(duì)施加的預(yù)緊力進(jìn)行檢測(cè)，避免超過壓電陶瓷9的最大許用壓力，造成壓電 陶瓷9的損壞；在對(duì)微器件7進(jìn)行動(dòng)態(tài)特性測(cè)試時(shí)，由于壓電陶瓷9對(duì)微器件7的 作用力和對(duì)底座的作用力大小相等，方向相反，所以可以通過壓力傳感器2監(jiān)測(cè)壓電陶瓷9對(duì)底座的作用力來獲得壓電陶瓷9對(duì)微器件7的激振力。
壓電陶瓷9的電源線通過頂部十字彈簧片6和套筒11之間的間隙與外部的壓
電陶瓷9驅(qū)動(dòng)電源相連，采用正弦周期輸入信號(hào)和脈沖信號(hào)，可分別實(shí)現(xiàn)對(duì)微器
件的掃頻激勵(lì)和沖擊激勵(lì)。
在對(duì)微器件7進(jìn)行動(dòng)態(tài)測(cè)試時(shí)，由計(jì)算機(jī)控制壓電陶瓷9驅(qū)動(dòng)電源輸出驅(qū)動(dòng)
信號(hào)，由于逆壓電效應(yīng)壓電陶瓷9產(chǎn)生振動(dòng)，并帶動(dòng)粘接在十字彈簧片6上的微
器件7振動(dòng)，采用激光多普勒測(cè)振儀對(duì)微器件7的動(dòng)態(tài)特性進(jìn)行提取，采用壓力
傳感器2檢測(cè)微器件7受到的激振力，求出頻響函數(shù)，進(jìn)而求得微結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)特
性參數(shù)。
權(quán)利要求
1. 一種用于MEMS微器件動(dòng)態(tài)特性測(cè)試的激振裝置，包括底板(1)、壓力傳感器(2)、下聯(lián)接塊(3)、上聯(lián)接塊(4)、墊片(5)、十字彈簧片(6)、微器件(7)、螺釘(8)、壓電陶瓷(9)、鋼球(10)、套筒(11)和螺釘(12)；其特征在于待測(cè)的微器件(7)粘接在頂部的十字彈簧片(6)上，十字彈簧片(6)通過螺釘(8)安裝在套筒(11)頂部；壓電陶瓷(9)、上聯(lián)接塊(4)、鋼球(10)、下聯(lián)接塊(3)、壓力傳感器(2)安裝在套筒(11)內(nèi)部，壓電陶瓷(2)底部粘接在上聯(lián)接塊(4)上，頂部和十字彈簧片(6)接觸，調(diào)節(jié)墊片(5)的厚度，使十字彈簧片(6)產(chǎn)生變形壓緊壓電陶瓷(9)；上聯(lián)接塊(4)和下聯(lián)接塊(3)之間采用鋼球(10)過渡；壓力傳感器(2)安裝在底板(1)上，底板(1)和套筒(11)之間采用螺釘(12)連接。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于MEMS微結(jié)構(gòu)或微器件動(dòng)態(tài)特性測(cè)試的激勵(lì)裝置，屬于微型機(jī)械電子系統(tǒng)。該裝置的結(jié)構(gòu)為待測(cè)微結(jié)構(gòu)安裝在頂部的十字彈簧片上，十字彈簧片通過螺釘安裝在套筒頂部；壓電陶瓷、上聯(lián)接塊、鋼球、下聯(lián)接塊、壓力傳感器安裝在套筒內(nèi)部，壓電陶瓷底部固定在上連接塊上，頂部和十字彈簧片接觸，改變調(diào)節(jié)墊片厚度，通過十字彈簧片壓緊壓電陶瓷，壓力傳感器安裝在底板上，底板和套筒之間采用螺釘連接。本發(fā)明的有益效果是該裝置可以在常態(tài)環(huán)境下對(duì)MEMS微結(jié)構(gòu)進(jìn)行激勵(lì)，并可以消除壓電陶瓷在使用過程中產(chǎn)生的剪切力，同時(shí)通過對(duì)壓電陶瓷施加一定的預(yù)緊力，有效地延長(zhǎng)了壓電陶瓷的使用壽命；通過壓力傳感器可測(cè)量壓電陶瓷的輸出力，從而方便的求出微結(jié)構(gòu)的頻響函數(shù)，獲得微結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)特性參數(shù)。
文檔編號(hào)G01M7/02GK101476970SQ20091001012
公開日2009年7月8日 申請(qǐng)日期2009年1月14日 優(yōu)先權(quán)日2009年1月14日
發(fā)明者佘東生, 張習(xí)文, 李曉軻, 王曉東, 王立鼎 申請(qǐng)人:大連理工大學(xué)