[實(shí)用新型]一種軸向運(yùn)動(dòng)電熱式微鏡的自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201220304912.4
• 申請(qǐng)日: 2012-06-27
• 公開（公告）號(hào): CN202693261U
• 公開（公告）日: 2013-01-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 蘭樹明;謝會(huì)開;陳巧;傅霖來(lái);周亮;丁金玲;王東琳
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 無(wú)錫微奧科技有限公司
• 主分類號(hào): G01M11/00
• 分類號(hào): G01M11/00
• 代理公司: 南京經(jīng)緯專利商標(biāo)代理有限公司 32200
• 代理人: 樓高潮

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型涉及一種軸向運(yùn)動(dòng)電熱式微鏡的自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)及測(cè)試方法，屬于針對(duì)微機(jī)電系統(tǒng)的光學(xué)及電子電路設(shè)計(jì)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

微機(jī)電系統(tǒng)（Micro-electro-mechanical?systems,簡(jiǎn)稱MEMS)是利用微加工技術(shù)制造出來(lái)的三維裝置，至少包括一個(gè)可運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)滿足某種機(jī)械作用。MEMS器件由于借鑒了集成電路的工藝因此應(yīng)用于很多不同的領(lǐng)域。本世紀(jì)越來(lái)越多的傳感器和執(zhí)行器都傾向于采用MEMS技術(shù)，其中微機(jī)電系統(tǒng)微鏡就是其中一個(gè)絕佳的例證。微機(jī)電系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的力很小，但足以驅(qū)動(dòng)鏡面使其發(fā)生偏轉(zhuǎn)。在眾多MEMS微鏡中電熱式微鏡是一款依靠熱形變使鏡子偏轉(zhuǎn)的微機(jī)電系統(tǒng)。電熱式微鏡系統(tǒng)主要包括鏡面、支撐臂和驅(qū)動(dòng)臂三個(gè)部分，其中驅(qū)動(dòng)臂就是依靠電熱效應(yīng)產(chǎn)生形變驅(qū)動(dòng)鏡子偏轉(zhuǎn)。如圖1所示一維MEMS微鏡具有兩個(gè)完全相同的驅(qū)動(dòng)臂2，同時(shí)加載相同的信號(hào)，微鏡鏡面1就會(huì)發(fā)生軸向的位移運(yùn)動(dòng)。

一維電熱式微鏡性能測(cè)試是一個(gè)十分重要的過程，需要利用外部光路及電路系統(tǒng)衡量系統(tǒng)本身的屬性。其中微鏡軸向位移與所加電壓之間的關(guān)系，微鏡晃動(dòng)位移與加載電壓的關(guān)系、微鏡的延時(shí)特性及工作極限頻率是一維電熱式微鏡的幾個(gè)基本特性。電熱式微鏡軸向運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)，應(yīng)用于微型光譜檢測(cè)技術(shù)中可以用于鑒定樣品的成分構(gòu)成，可應(yīng)用于食品安全檢測(cè)、醫(yī)藥，防恐，環(huán)境監(jiān)測(cè)，工業(yè)檢測(cè)等領(lǐng)域，與光學(xué)元件配合還可以作為變焦的透鏡使用，應(yīng)用范圍十分廣泛。

雖然在MEMS微鏡領(lǐng)域已經(jīng)有一些較為成熟的測(cè)試方案，但是尚未有針對(duì)一維軸向運(yùn)動(dòng)的電熱式微鏡的自動(dòng)測(cè)試方案，尤其是低成本，實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，可靠性較高的測(cè)試方案。

實(shí)用新型內(nèi)容

本實(shí)用新型目的在于提供一種低成本，實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，可靠性較高的軸向運(yùn)動(dòng)電熱式微鏡的自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)及測(cè)試方法。文中PD為光電轉(zhuǎn)換器，PSD為位置敏感傳感器，下述均采用英文縮寫。

本實(shí)用新型為實(shí)現(xiàn)上述目的，采用如下技術(shù)方案：

一種軸向運(yùn)動(dòng)電熱式微鏡的自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)，其特征在于：其包括測(cè)試光學(xué)系統(tǒng)和自動(dòng)測(cè)試控制電路系統(tǒng)；

所述測(cè)試光學(xué)系統(tǒng)包括激光光源、第一分光鏡、第二分光鏡、參考鏡、軸向運(yùn)動(dòng)電熱式微鏡裝置、PD和PSD；激光光源經(jīng)過第一分光鏡后分為兩束激光，一束打到電熱式微鏡裝置上，一束打到參考鏡上；第一分光鏡出射后到微鏡的距離和到參考鏡的距離大致相等；兩束光分別再反射回第一分光鏡并匯聚到第二分光鏡上，第二分光鏡將干涉光分成兩束，一束打在PSD上，一束打在PD上；

所述自動(dòng)測(cè)試控制電路系統(tǒng)包括中央處理器，輸出數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊，信號(hào)整形模塊，信號(hào)采集模塊和安全保護(hù)模塊；中央處理器是程序運(yùn)算的中心，數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊是將中央處理器的數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬電壓信號(hào)，模擬電壓信號(hào)經(jīng)過信號(hào)整形模塊得到設(shè)定的驅(qū)動(dòng)微鏡的信號(hào)加載到微鏡上；微鏡軸向位移導(dǎo)致干涉條紋的明暗變化，PD及PSD光電轉(zhuǎn)換后輸出相應(yīng)的電壓值，將信息通過信號(hào)采集模塊采集到中央處理器內(nèi)部，中央處理器通過將采集到的數(shù)據(jù)發(fā)送到上位機(jī)軟件上進(jìn)行下一步處理；安全保護(hù)模塊主要避免系統(tǒng)上電瞬間及工作中瞬時(shí)大電壓對(duì)微鏡的沖擊。

一種軸向運(yùn)動(dòng)電熱式微鏡的自動(dòng)測(cè)試方法，包括下述步驟：

（1）在搭建好的測(cè)試光學(xué)系統(tǒng)中，調(diào)整微鏡與參考鏡的角度使參考鏡反射的光和微鏡反射的光在分光鏡處匯聚后發(fā)生干涉，出現(xiàn)干涉條紋；

（2）首先調(diào)整參考鏡和微鏡的角度，使在PSD處觀察到的干涉條紋密度最小化；然后利用電熱式微鏡的電熱特性，在電熱式微鏡的驅(qū)動(dòng)臂上加載不同的峰峰值電壓的三角波信號(hào)，范圍根據(jù)待測(cè)微鏡的特性而定，等間隔取N個(gè)峰峰值；電熱式微鏡在不同電壓的驅(qū)動(dòng)下軸向運(yùn)動(dòng)到不同的位置，從而通過步驟（1）所述光學(xué)系統(tǒng)形成干涉條紋，這些干涉條紋打在PD上后，通過采集系統(tǒng)將信號(hào)采集到計(jì)算機(jī)中，記錄光電轉(zhuǎn)換后信號(hào)峰值的個(gè)數(shù)，存儲(chǔ)微鏡位移與加載電壓的數(shù)據(jù)值，系統(tǒng)將記錄的數(shù)據(jù)自動(dòng)擬合出電壓值與微鏡軸向位移的關(guān)系曲線，同時(shí)標(biāo)定出微鏡工作的電壓線性區(qū)，每個(gè)軸向位移對(duì)應(yīng)的電壓值；另外，PSD記錄的干涉光斑中心在軸向運(yùn)動(dòng)過程中的變化量；微鏡的晃動(dòng)可通過計(jì)算每個(gè)二維干涉圖的亮度中心的偏移來(lái)得到；根據(jù)PSD輸出的坐標(biāo)值的變化來(lái)標(biāo)定此參數(shù)；存儲(chǔ)并記錄偏移量的數(shù)據(jù)，擬合出不同電壓下干涉光斑的偏移量與驅(qū)動(dòng)電壓的關(guān)系；