專利名稱：微型加速度計的測試裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種加速度計性能的測試技術(shù)，特別是涉及一種微型加速度計的
測試裝置。
背景技術(shù)：
隨著微機電系統(tǒng)(MEMS， Micro Electro-Mechanical System)技術(shù)的發(fā)展，很多基 于MEMS技術(shù)的微型加速度計已經(jīng)面世，并且在汽車、航空航天、通訊等領(lǐng)域中得到廣泛地 應(yīng)用。但對于微型加速度計來說，在器件的研制、封裝以及其他相關(guān)的加工制作過程中，難 免會對器件的性能產(chǎn)生不利的影響；此外，器件經(jīng)過一段時間的使用后，由于材料老化、溫 度、濕度等不同環(huán)境條件等原因?qū)е缕湫阅鼙厝粫a(chǎn)生一定漂移，經(jīng)過一定時間的累積后 所造成的誤差會相當(dāng)?shù)卮?，因此，無論是對剛剛出廠的成品還是對于正在使用中的產(chǎn)品，都 需要一個穩(wěn)定而高效的測試平臺，對產(chǎn)品的性能進(jìn)行標(biāo)定和校正。 傳統(tǒng)的加速度計的標(biāo)定和校正的方法是在分度頭上進(jìn)行的，中北大學(xué)在前人的研 究基礎(chǔ)上對軸心差角的測試方法做了相應(yīng)的改進(jìn)，不過，其測量設(shè)備仍然比較昂貴，而且， 它更適用于單軸加速度計性能的測試，對于雙軸和三軸加速度計來說，必須要手動拆裝才 可以完成加速度在不同軸向上的性能測試和標(biāo)定。這樣不僅降低了測量的精確性，也難以 在本質(zhì)上提高測量的效率。 轉(zhuǎn)臺是另一種常用的加速度計測試平臺，但是其結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜，且價格非常昂貴， 至于可以測量三個軸向上的器件性能的三軸轉(zhuǎn)臺，其價格就更加昂貴。對于加速度計的常 規(guī)性能測試來說，測試的成本會大幅度增加。

實用新型內(nèi)容本實用新型要解決的技術(shù)問題是為了克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種微型加速度
計的測試裝置，其能完成器件的靈敏度和零點偏置等多種性能的測試；此外，本實用新型提
出的測試裝置能夠放在不同的環(huán)境下，即在多種測試環(huán)境條件下完成對器件性能的測試。 本實用新型是通過下述技術(shù)方案來解決上述技術(shù)問題的一種微型加速度計的測
試裝置，其特征在于，其包括馬達(dá)、傳動軸、法蘭、測試母板、Y方向定位板、間隔塊、測試板、X
方向定位板、插槽、轉(zhuǎn)動裝置、連接裝置、待測器件定位槽和引線條，馬達(dá)為測試平臺的轉(zhuǎn)動
提供動力，傳動軸是馬達(dá)的動力傳輸裝置且與馬達(dá)連接，法蘭是將測試母板和連接裝置固
定在傳動軸上，測試母板上裝有用于測試一待測器件信號的測試回路并輸出信號，Y方向定
位板和X方向定位板固定在連接裝置上，間隔塊固定于測試板的一端，測試板為兩塊并相
對于馬達(dá)轉(zhuǎn)動的軸心對稱安置，測試板上裝有待測器件定位槽且一端插入插槽中，插槽安
裝在轉(zhuǎn)動裝置上并分別置于X方向定位板的兩側(cè)，連接裝置固定在法蘭上，引線條位于測
試板的一端，連接測試板上的待測器件與插槽的電信號。 優(yōu)選地，所述Y方向定位板和X方向定位板組成牢固的"T"字形正交結(jié)構(gòu)。 優(yōu)選地，所述插槽與測試母板有電線連接。[0009] 優(yōu)選地，所述連接裝置用于機械連接轉(zhuǎn)動裝置、X方向定位板和Y方向定位板。 本實用新型的積極進(jìn)步效果在于本實用新型能完成器件的靈敏度和零點偏置等 多種性能的測試；此外，本實用新型提出的測試裝置能夠放在不同的環(huán)境下，即在多種測試 環(huán)境條件下完成對器件性能的測試，比如不同的濕度、溫度等條件。測試裝置的整體結(jié)構(gòu) 簡單，價格便宜，操作便利，能根據(jù)需要一次可以測試多顆器件的性能，因此，本實用新型有 利于提高測試器件的效率，大幅度降低器件的測試成本。

圖1為本實用新型三軸微型加速度計整體測試裝置XOY面內(nèi)的結(jié)構(gòu)示意圖(此時 測試板平行于Y0Z平面)。 圖2為測試板平行于YOZ平面時，測試板附近的結(jié)構(gòu)示意圖。 圖3為測試板處于垂直于X軸方向時，測試裝置Y0Z面內(nèi)的結(jié)構(gòu)示意圖。 圖4為三軸微型加速度計整體測試裝置XOY面內(nèi)的結(jié)構(gòu)示意圖(此時測試板平行
于X0Z平面)。 圖5為測試板平行于X0Z平面時，X0Y面內(nèi)測試板附近的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖給出本實用新型較佳實施例，以詳細(xì)說明本實用新型的技術(shù)方案。 本實用新型提供一種三軸微型加速度計靜態(tài)性能指標(biāo)的測試裝置及其測試方法。 如圖l-5所示，本實用新型測試三軸微型加速度計典型性能指標(biāo)的裝置包括馬達(dá)1、傳動 軸2 、法蘭3 、測試母板4、 Y方向定位板5 、間隔塊6 、測試板7 、 X方向定位板8 、插槽9 、轉(zhuǎn)動 裝置10、連接裝置13、待測器件定位槽14和位于測試板7上的引線條15。其中馬達(dá)1為測 試平臺的轉(zhuǎn)動提供動力，測試平臺可以沿著轉(zhuǎn)動方向轉(zhuǎn)動；傳動軸2是馬達(dá)1的動力傳輸裝 置且與馬達(dá)1連接，為測試平臺的轉(zhuǎn)動傳輸動力；法蘭3是將測試母板4和連接裝置13固 定在傳動軸2上的裝置；測試母板4安裝在法蘭3上，測試母板4上裝有用于測試器件信號 的測試回路，通過插槽9與測試板7上的引線條15相互連接電信號，用于測量器件并輸出 信號，輸出信號可以是電壓信號或電容信號；Y方向定位板5和X方向定位板8組成牢固的 "T"字形正交結(jié)構(gòu)，并固定在連接裝置13上；間隔塊6固定于測試板7的一端，在轉(zhuǎn)動裝置 10完成90°的轉(zhuǎn)動后，確保測試板7與X方向定位板8保持平行；測試板7為兩塊來組成 一對，并相對于馬達(dá)1轉(zhuǎn)動的軸心對稱安置，測試板7上裝有待測器件定位槽14，將帶有引 線條15的一端插入插槽9中，可將待測器件定位槽14與測試母板4形成電信號連接；插槽 9安裝在轉(zhuǎn)動裝置10上，并分別置于X方向定位板8的兩側(cè)，與測試母板4有電線連接，插 槽9內(nèi)部帶有引線條15 ;轉(zhuǎn)動裝置10安裝在連接裝置13上，能夠沿Z軸在XOY平面內(nèi)與Y 軸成90度的翻轉(zhuǎn)運動；連接裝置13固定在法蘭3上，用于機械連接轉(zhuǎn)動裝置10、X方向定 位板8和Y方向定位板5，確保轉(zhuǎn)動裝置10及其上面的插槽9和帶有間隔塊6的測試板7 能夠隨著馬達(dá)1的轉(zhuǎn)動而一起轉(zhuǎn)動；待測器件定位槽14安裝在測試板7上，待測器件可安 裝在待測器件定位槽14上，待測器件的Y感應(yīng)軸方向朝上，X感應(yīng)軸方向垂直于傳動軸2， 每塊測試板7上可至少安裝一個待測器件，待測器件為一加速度計器件，可以是單軸加速 度計、雙軸加速度計或三軸微型加速度計；引線條15位于測試板7的一端，連接測試板7上的待測器件與插槽9的電信號。 本實用新型三軸微型加速度計靜態(tài)性能指標(biāo)的測試方法是通過重力的作用給加 速度計器件施加一個地球引力單位的加速度，定義一個重力加速度單位大小為lg，方向始 終豎直向下。通過馬達(dá)的轉(zhuǎn)動和測試板的翻轉(zhuǎn)來改變加速度計器件的軸心方向，使之在重 力的作用下受到三個軸向上的加速度的作用，以此來測試加速度計器件在三個感應(yīng)軸向上 的性能指標(biāo)。按照這種測試方法，本實用新型也適用于對單軸和雙軸加速度計的性能的測 試。當(dāng)測量器件的感應(yīng)軸方向與Y軸方向平行時，先將加速度計器件的感應(yīng)軸方向處于+lg 的作用下，通過微調(diào)馬達(dá)的轉(zhuǎn)動角度，使測得的輸出信號為最大時，此時可以確定加速度計 器件的實際感應(yīng)軸方向，其輸出信號為U1 ;同理，旋轉(zhuǎn)180。后，得到加速度計器件處于-lg 的作用下的最大的輸出數(shù)據(jù)U2。 本實用新型在馬達(dá)轉(zhuǎn)動時，驅(qū)使器件隨之在YOZ面內(nèi)轉(zhuǎn)動，使加速度計器件的受 重力作用方向在Y和Z方向上得到改變；測試板在X0Y面內(nèi)沿Z軸翻轉(zhuǎn)90。后，加速度計器 件的X軸處于Y方向，當(dāng)馬達(dá)轉(zhuǎn)動時，驅(qū)使器件隨之在YOZ面內(nèi)轉(zhuǎn)動，加速度計器件的X感 應(yīng)軸的受重力作用，從而完成器件在X、 Y、 Z三個軸向上的性能測試，由此， 一次測試就可以 完成三個軸向上的性能測試。 其中，本實用新型X軸的測試包括以下步驟 Al，先測量測試板未翻轉(zhuǎn)前，測試板面垂直于馬達(dá)旋轉(zhuǎn)的軸心，此時，加速度計器 件的X感應(yīng)軸與馬達(dá)旋轉(zhuǎn)的軸心平行，感應(yīng)信號為0。 A2，測試板在X0Y面內(nèi)沿Z軸翻轉(zhuǎn)9(T后，由于加速度計器件的Z感應(yīng)軸受重力 作用方向并沒有發(fā)生改變，因此，再次測試加速度計器件的Z感應(yīng)軸方向上的性能，將兩次 測試結(jié)果相對比，可以確保測試板翻轉(zhuǎn)的角度為90° ，此時，測試板面平行于馬達(dá)轉(zhuǎn)動的軸 心。 A3，測試板在X0Y面內(nèi)沿Z軸翻轉(zhuǎn)90。后，加速度計器件的X感應(yīng)軸方向與Y軸方 向平行。 A4，受重力作用，在馬達(dá)旋轉(zhuǎn)前，加速度計器件的X感應(yīng)軸信號為-lg(上板)和
+lg，旋轉(zhuǎn)180°時，測試X感應(yīng)軸信號為+lg和_lg。 其中本實用新型Y軸和Z軸的測試包括以下步驟 Bl，首先測試Y感應(yīng)軸+lg的信號，此時Z感應(yīng)軸方向與重力方向垂直，感應(yīng)信號
為0。驅(qū)動馬達(dá)順時針旋轉(zhuǎn)90。，測試Z感應(yīng)軸+lg的信號，此時Y感應(yīng)軸方向與重力方向
垂直，感應(yīng)信號為O。驅(qū)動馬達(dá)順時針旋轉(zhuǎn)到180° ，測試Y感應(yīng)軸-lg的信號，此時Z感應(yīng)
軸方向與重力方向垂直，感應(yīng)信號為O。驅(qū)動馬達(dá)順時針旋轉(zhuǎn)到270。，測試Z感應(yīng)軸-lg
的信號，此時Y感應(yīng)軸方向與重力方向垂直，感應(yīng)信號為O。 B2，Y，Z軸測量結(jié)束后，驅(qū)動馬達(dá)逆時針旋轉(zhuǎn)270。，回到初始位置。 上述方法中，在確定了器件在正、負(fù)重力加速度作用下的輸出信號的同時，也確定
了器件的實際的敏感方向，次敏感方向與器件標(biāo)定的敏感方向的角度，即為器件的軸心差
角。當(dāng)然，軸心差角的測量精度與馬達(dá)的轉(zhuǎn)動角度的步長精度相關(guān)。由于軸上的輸出信號
與角度的余弦成正比，因而，即使加速度計沒有處于正交方向，所帶來的誤差不是很大。比
如，若存在5。的方向偏差，測量結(jié)果大約會產(chǎn)生0.4%的誤差；為了提高測量的精度，再通
過反向旋轉(zhuǎn)、多次測量、求平均值的方法來降低實際的測量誤差。由于操作測量裝置的方法簡單，因此，上述誤差消除的方法很容易實現(xiàn)。 當(dāng)然，對于加速度計器件本身來說，靜態(tài)偏置是普遍存在的現(xiàn)象。設(shè)處在正、負(fù) 重力加速度的作用下輸出的數(shù)據(jù)分別為U/、 U/，靈敏度為S，靜態(tài)偏置為U。ff，則滿足公式 (1): U/ = Sxlg+U。ff ;U2， = Sx(-lg)+U。f--------公式(1) 由此可得 器件的靈敏度S為S = (U/ _U2' )/2，單位每g 器件的靜態(tài)偏置U。ff為U。ff = (V +U2， ) /2 在此基礎(chǔ)上，如果待測器件為單軸微型加速度計，那么，按照上述的操作方法，也 可以測得器件的橫向靈敏度，即加速度計器件在承受一個正交于敏感軸方向的加速度時， 其敏感軸方向的輸出與輸入加速度的比值。將單軸加速度計旋轉(zhuǎn)到正交于器件敏感軸的方 向，即在90。和27(T時，再將測得的輸出數(shù)據(jù)利用上述靈敏度的公式進(jìn)行計算，就可以得 到器件的橫向靈敏度。 如果待測的加速度計為三軸加速度計，那么利用上述方法，就可以直接測出X和Y 方向上的靈敏度和靜態(tài)偏置。而對于Z軸方向上的性能測試，只需要將測試板7翻轉(zhuǎn)到如 圖4所示的位置，就可以實現(xiàn)。其具體的操作步驟是 i)先測出未翻轉(zhuǎn)前，加速度計器件在Y和Z方向上的靈敏度； ii)翻轉(zhuǎn)測試板后，再次測量Z方向上的靈敏度，以確保翻轉(zhuǎn)前后對器件性能測試 的結(jié)果保持一致； iii)當(dāng)上述兩步測試的結(jié)果一致時，或者在允許的誤差范圍內(nèi)，再驅(qū)動馬達(dá)轉(zhuǎn)動， 使待測加速度計器件的軸心旋轉(zhuǎn)到正交于原來的方向上，如圖4所示，即在90°和270° ， 由此來完成對加速度計器件在X軸方向的性能測試。 此外，根據(jù)馬達(dá)的驅(qū)動能力、測試裝置的承載能力、以及測試精度的要求等條件， 測試板的面積大小可以按照要求來定制，通過一次測試多顆器件的方式，可以大幅度提高 測試的效率，降低測試的成本。 最后，從測試的過程可以發(fā)現(xiàn)，改變器件的受力方向，特別是在測試感應(yīng)軸為X軸 時的性能時，不必像傳統(tǒng)的測量方法那樣，通過手動拆裝來改變器件的受力方向，使操作的 過程更加便利，而且，既能保證測試的精度，又能提高測試的效率。靈敏度、軸心差角、靜態(tài) 偏置等性能指標(biāo)的測試。同時，適當(dāng)改變測試環(huán)境的溫度和濕度等條件，可以完成基于此測 試裝置的加速度計相關(guān)性能的測試。比如通過對測試環(huán)境的改變，也可以實現(xiàn)對不同環(huán)境 條件下器件性能的測試，如不同溫度和濕度對器件性能的影響等。 雖然以上描述了本實用新型的具體實施方式
，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解， 這些僅是舉例說明，在不背離本實用新型的原理和實質(zhì)的前提下，可以對這些實施方式做 出多種變更或修改。因此，本實用新型的保護(hù)范圍由所附權(quán)利要求書限定。
權(quán)利要求一種微型加速度計的測試裝置，其特征在于，其包括馬達(dá)、傳動軸、法蘭、測試母板、Y方向定位板、間隔塊、測試板、X方向定位板、插槽、轉(zhuǎn)動裝置、連接裝置、待測器件定位槽和引線條，馬達(dá)為測試平臺的轉(zhuǎn)動提供動力，傳動軸是馬達(dá)的動力傳輸裝置且與馬達(dá)連接，法蘭是將測試母板和連接裝置固定在傳動軸上，測試母板上裝有用于測試一待測器件信號的測試回路并輸出信號，Y方向定位板和X方向定位板固定在連接裝置上，間隔塊固定于測試板的一端，測試板為兩塊并相對于馬達(dá)轉(zhuǎn)動的軸心對稱安置，測試板上裝有待測器件定位槽且一端插入插槽中，插槽安裝在轉(zhuǎn)動裝置上并分別置于X方向定位板的兩側(cè)，連接裝置固定在法蘭上，引線條位于測試板的一端，連接測試板上的待測器件與插槽的電信號。
2. 如權(quán)利要求1所述的微型加速度計的測試裝置，其特征在于，所述Y方向定位板和X 方向定位板組成牢固的"T"字形正交結(jié)構(gòu)。
3. 如權(quán)利要求1所述的微型加速度計的測試裝置，其特征在于，所述插槽與測試母板 有電線連接。
4. 如權(quán)利要求1所述的微型加速度計的測試裝置，其特征在于，所述連接裝置用于機 械連接轉(zhuǎn)動裝置、X方向定位板和Y方向定位板。
專利摘要本實用新型公開了一種微型加速度計的測試裝置，測試裝置的馬達(dá)為測試平臺的轉(zhuǎn)動提供動力，傳動軸是馬達(dá)的動力傳輸裝置且與馬達(dá)連接，法蘭是將測試母板和連接裝置固定在傳動軸上，測試母板上裝有用于測試一待測器件信號的測試回路并輸出信號，Y方向定位板和X方向定位板固定在連接裝置上，間隔塊固定于測試板的一端，測試板為兩塊并相對于馬達(dá)轉(zhuǎn)動的軸心對稱安置，測試板上裝有待測器件定位槽且一端插入插槽中，插槽安裝在轉(zhuǎn)動裝置上并分別置于X方向定位板的兩側(cè)，連接裝置固定在法蘭上，引線條位于測試板的一端，連接測試板上的待測器件與插槽的電信號。本實用新型能完成器件的靈敏度和零點偏置等多種性能的測試。
文檔編號G01P21/00GK201464494SQ20092007430
公開日2010年5月12日 申請日期2009年7月21日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月21日
發(fā)明者付世, 華亞平, 鄒波 申請人:深迪半導(dǎo)體(上海)有限公司