專利名稱：一種用于mems動態(tài)特性測試的底座激勵裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于微型機械電子系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域，涉及到一種微結(jié)構(gòu)或微器件動態(tài)特性測試的激振裝置。
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，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。對大多數(shù)微器件來說，其核心可動微結(jié)構(gòu)的機械動態(tài)特性直接決定了它的實際使用性能，所以對可動微結(jié)構(gòu)的機械動態(tài)特性進行測試是十分必要的。與宏觀機械結(jié)構(gòu)動態(tài)特性測試相似，MEMS微結(jié)構(gòu)的動態(tài)測試系統(tǒng)也包括激振、測振和數(shù)據(jù)處理等三個基本環(huán)節(jié)。為了實現(xiàn)動態(tài)測試，就必須需要使待測微器件處于振動狀態(tài)從而體現(xiàn)出其動態(tài)特性，振動激勵環(huán)節(jié)是實現(xiàn)動態(tài)測試的最基本的環(huán)節(jié)。由于MEMS微器件的尺寸小、諧振頻率較高，傳統(tǒng)的動態(tài)測試中的激勵裝置己無法應(yīng)用于MEMS微器件的動態(tài)特性測試中。
基于壓電陶瓷的底座激勵是目前MEMS微器件動態(tài)特性測試中應(yīng)用最廣泛的激勵方法。該方法一般是將待測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)，壓電陶瓷會產(chǎn)生相應(yīng)的運動，從而帶動微器件振動。市場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，拉力會導(dǎo)致壓電陶瓷的損壞，并且壓電陶瓷在使用時，對其施壓一定的預(yù)緊力有利于延長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，同樣會對壓電陶瓷造成損害。目前所知的基于壓電陶瓷的底座激勵裝置并沒有充分考慮以上兩點°
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之間，其固有頻 率較高，傳統(tǒng)的直接對結(jié)構(gòu)進行激勵的方法己經(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動態(tài)特性測試、穩(wěn)定可靠 的激勵裝置，克服壓電陶瓷作為激勵源使用時所存在的問題。該裝置通過結(jié)構(gòu) 上的設(shè)計減小壓電陶瓷安裝時所帶來的剪切力，同時對壓電陶瓷施加一定的預(yù) 緊力，預(yù)緊力可測量，并能夠在對MEMS微器件進行動態(tài)特性測試時，實時測量 壓電陶瓷的輸出力，便于計算微結(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微器件動態(tài)特性測試的激振裝置，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內(nèi)部產(chǎn)生的剪切力。
(2) 通過結(jié)構(gòu)上的設(shè)計，由十字彈簧片對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，有效的延長了壓電陶瓷的使用壽命。
(3) 通過壓力傳感器， 一方面可以測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，另一方面可以測量壓電陶瓷在動態(tài)激勵過程中的 輸出力，便于計算微結(jié)構(gòu)的頻響函數(shù)，進而獲得微結(jié)構(gòu)的動態(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。
具體實施例方式
以下結(jié)合技術(shù)方案和附圖詳細敘述本發(fā)明的具體實施例。 如圖1和圖2所示，待測微器件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變形對壓電陶瓷9施壓一個軸向的預(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)的信號處理電路 上，采集到的信號送入計算機中。在對壓電陶瓷9施壓預(yù)緊力時，通過壓力傳感 器2對施加的預(yù)緊力進行檢測，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；在對微器件7進行動態(tài)特性測試時，由于壓電陶瓷9對微器件7的 作用力和對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)測壓電陶瓷9對底座的作用力來獲得壓電陶瓷9對微器件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)動電源相連，采用正弦周期輸入信號和脈沖信號，可分別實現(xiàn)對微器
件的掃頻激勵和沖擊激勵。
在對微器件7進行動態(tài)測試時，由計算機控制壓電陶瓷9驅(qū)動電源輸出驅(qū)動
信號，由于逆壓電效應(yīng)壓電陶瓷9產(chǎn)生振動，并帶動粘接在十字彈簧片6上的微
器件7振動，采用激光多普勒測振儀對微器件7的動態(tài)特性進行提取，采用壓力
傳感器2檢測微器件7受到的激振力，求出頻響函數(shù)，進而求得微結(jié)構(gòu)的動態(tài)特
性參數(shù)。
權(quán)利要求
1. 一種用于MEMS微器件動態(tài)特性測試的激振裝置，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)或微器件動態(tài)特性測試的激勵裝置，屬于微型機械電子系統(tǒng)。該裝置的結(jié)構(gòu)為待測微結(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MEMS微結(jié)構(gòu)進行激勵，并可以消除壓電陶瓷在使用過程中產(chǎn)生的剪切力，同時通過對壓電陶瓷施加一定的預(yù)緊力，有效地延長了壓電陶瓷的使用壽命；通過壓力傳感器可測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)的動態(tài)特性參數(shù)。
文檔編號G01M7/02GK101476970SQ20091001012
公開日2009年7月8日 申請日期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 申請人:大連理工大學(xué)