[實用新型]一種基于相控陣技術的多模式微驅動力源

無效

• 申請號: 200920122193.2
• 申請日: 2009-06-18
• 公開（公告）號: CN201417264Y
• 公開（公告）日: 2010-03-03
• 發明（設計）人: 賈坤;楊克己;吳佳杰;邵泉鋼
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: G01N29/14
• 分類號: G01N29/14
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司
• 代理人: 林懷禹

技術領域

本實用新型涉及的是一種用于微驅動的力源，具體的說是涉及一種基于相控陣技術的多模式微驅動力源。

背景技術

近年來，隨著材料科學不斷發展，出現了許多新的薄膜材料，并且廣泛地應用于人們生活的各個角落。薄膜材料的力學性能是評價薄膜材料地重要指標，在以薄膜為材料的元器件設計中，其力學性能是設計的依據，對元器件的性能、可靠性和使用壽命有很大影響。薄膜的力學性能包括薄膜的彈性模量、屈服強度和界面結合強度等力學參量。其中薄膜的彈性模量不僅是薄膜器件設計的必要參量，而且也是諸如屈服強度、斷裂韌性和殘余應力等力學性能測量與評定的基礎。由于尺寸因素，薄膜彈性模量測量比塊材彈性模量的測量難度大得多。針對薄膜的特點，許多科學家對其彈性模量的測量方法及測量儀器展開了大量的研究。

目前，常采用的測試方法有超聲波測速法、梁彎曲法和壓痕法。其中超聲波測速法的基本原理是根據超聲波的傳播速度由介質的彈性常數決定，通過測量超聲波波速，即可求出材料的彈性常數。但這種方法受材料性質局限，只能應用于各向同性材料。梁彎曲法中，懸臂梁法的基本原理是通過撓度比較的方法來計算膜的彈性模量，具體方法是比較同等載荷作用下的兩組試樣(已知彈性常數的基片和鍍上膜的基片)間接獲得膜的彈性模量。而三點彎曲法的原理是對梁施加一個力產生一個撓度，從而計算出量的抗彎曲剛度，根據抗彎曲剛度與彈性模量的關系計算彈性模量。由于壓痕法方法簡單、對試樣無特殊要求從而得到了廣泛應用，壓痕法的基本原理是利用一定形狀的壓頭在一定壓力作用下壓入被測樣品，保持一段時間后卸載，然后用相關設備如：如標尺、顯微鏡、位移傳感器等，測出壓痕的深度，從而根據所獲得位移以及所提供的壓力做出相應的載荷-位移曲線(P-h曲線)，在對位移曲線進行分析即可得出薄膜的彈性模量。但是，這種實驗方法由于該方法的力學模型不完善，要求薄膜厚度不能太小，對同一試樣在不同的測量條件下包括壓頭形狀不同和壓入深度不同的實驗結果無法統一。此外，由于壓頭的變形、薄膜的表面張力以及薄膜與壓頭間的摩擦都會引入誤差。

發明內容

針對傳統的壓痕法的不足，本實用新型的目的在于提供工作精確穩定，操作簡便的用于定征薄膜材料特性的一種基于相控陣技術的多模式微驅動力源。

該系統以超聲相控陣技術為基礎，采用數字聲束合成技術形成穩定聲場，根據超聲輻射力理論，位于聲場中的薄膜受到非接觸式力的作用，從而薄膜表面產生變形，進一步測出力的大小和變形大小，從而計算出應變，接著根據胡克定律就可計算出彈性模量。該系統各發射電路通道的頻率、幅值、相位分別可控，具有較高的重復頻率和發射效率，而且各通道間一致性好，易于模塊化，操作方便，便于維護和調試。

本實用新型采用的技術方案如下：

整個系統包括基于工控機的上位機、CAN總線、超聲發射卡、高頻線性功放和超聲換能器陣列；基于工控機的上位機的CAN接口經CAN總線、超聲發射卡、高頻線性功放與超聲換能器陣列相連。

所述的超聲發射卡：包括十五個信號發生單元和信號發生及同步控制單元；十五個信號發生單元和信號發生及同步控制單元的一端經各自的CAN接口分別與CAN總線相連，十五個信號發生單元和信號發生及同步控制單元的另一端分別與高頻線性功放中各自的4路高頻線性功放相連；信號發生及同步控制單元分別與十五個信號發生單元相連。

所述的十五個信號發生單元結構相同，均包括CAN接口、基于DSP的嵌入式系統、地址總線、數據總線、控制總線、基于FPGA的接口模塊、4個10位高速D/A轉換器、用于產生比較幅值的4個高速D/A轉換器和4個功放及補償電路；基于DSP的嵌入式系統通過CAN接口與CAN總線相連，通過地址總線、數據總線和控制總線分別與基于FPGA的接口模塊相連；4個10位高速D/A轉換器和用于產生比較幅值的4個高速D/A轉換器的一端分別與基于FPGA接口模塊相連，4個10位高速D/A轉換器的另一端分別與各自的功放及補償電路相連；用于產生比較幅值的4個高速D/A轉換器分別與各自的10位高速D/A轉換器相連。

所述的信號發生及同步控制單元：除了與所述的十五個信號發生單元結構相同外，還具有同步控制模塊，同步控制模塊分別與基于FPGA的接口模塊和基于DSP的嵌入式系統相連。

所述的基于DSP的嵌入式系統：由數字信號處理器DSP、晶振、CAN接口電路、復位芯片、JTAG調試口、電源接口、RAM芯片和輸入輸出接口組成；

所述晶振、CAN接口電路、復位芯片、JTAG調試口、電源接口、RAM芯片分別與數字信號處理器DSP相連。