基于顯微光杠桿技術(shù)的微梁結(jié)構(gòu)偏轉(zhuǎn)角測(cè)量系統(tǒng).pdf

1、微梁是最基本的MEMS結(jié)構(gòu)之一,常被用作微傳感器的關(guān)鍵元件。微梁不僅可以像在AFM中那樣進(jìn)行表面形貌測(cè)量,還可以進(jìn)行熱、力、電、磁等表面特性的測(cè)量。但隨著微梁尺寸的進(jìn)一步減小,對(duì)檢測(cè)技術(shù)提出了更高的要求。本課題針對(duì)微梁結(jié)構(gòu)的偏轉(zhuǎn)角高速測(cè)試需求,設(shè)計(jì)并搭建了一套基于顯微光杠桿技術(shù)的測(cè)量系統(tǒng)。該系統(tǒng)將光杠桿光路與無限共軛顯微光路相結(jié)合,所得聚焦光斑直徑小于10μm,有利于實(shí)現(xiàn)微梁結(jié)構(gòu)的性能測(cè)試;采用電流模式電路處理四象限探測(cè)器的輸出信號(hào),系

2、統(tǒng)帶寬超過15MHz;系統(tǒng)對(duì)微梁結(jié)構(gòu)的偏轉(zhuǎn)角測(cè)量分辨力和理論量程分別可達(dá)1.2″和±4°。利用該系統(tǒng)測(cè)量了原子力顯微鏡微懸臂梁探針在步進(jìn)載荷下的偏轉(zhuǎn)情況,測(cè)量結(jié)果與鐵摩辛柯梁理論計(jì)算一致,驗(yàn)證了系統(tǒng)的可行性。課題主要工作內(nèi)容包括以下幾個(gè)方面:
　　1.系統(tǒng)地分析了主要角度測(cè)量方法的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀,針對(duì)微梁結(jié)構(gòu)的偏轉(zhuǎn)角測(cè)量需求,提出了將顯微光路與光杠桿光路相結(jié)合的偏轉(zhuǎn)角測(cè)量方案,并給出了系統(tǒng)示意圖。系統(tǒng)主要包括顯微光杠桿光路、光電探

3、測(cè)器讀出電路、數(shù)據(jù)采集處理與電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置等。
　　2.設(shè)計(jì)并搭建了顯微光杠桿光路,既能夠?qū)崟r(shí)觀察到微梁結(jié)構(gòu)的狀態(tài),還能夠獲得較小的聚焦光斑,有利于對(duì)百微米量級(jí)結(jié)構(gòu)的偏轉(zhuǎn)角進(jìn)行測(cè)量。同時(shí),采用籠式結(jié)構(gòu),并集成在電動(dòng)位移臺(tái)上,應(yīng)用方便。
　　3.設(shè)計(jì)并制作具有大帶寬、高靈敏度的光電探測(cè)器讀出電路,該電路基于電流模式進(jìn)行設(shè)計(jì),具有大帶寬、大量程、高分辨力、低噪聲等特點(diǎn)。基于LabVIEW編制了上位機(jī)通信軟件,實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集及處理、電