[發(fā)明專利]一種可對(duì)MEMS微結(jié)構(gòu)進(jìn)行片外激勵(lì)的四軸式激振裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201711355453.6
• 申請(qǐng)日: 2017-12-16
• 公開（公告）號(hào): CN108168814B
• 公開（公告）日: 2019-09-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 佘東生;魏澤飛;劉闖;尹作友;洪以平;王穎皓
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 渤海大學(xué)
• 主分類號(hào): G01M7/02
• 分類號(hào): G01M7/02;G01H9/00
• 代理公司: 錦州遼西專利事務(wù)所(普通合伙) 21225
• 代理人: 張旭存

本發(fā)明公開一種可對(duì)MEMS微結(jié)構(gòu)進(jìn)行片外激勵(lì)的四軸式激振裝置，包括套筒和底板，壓電陶瓷，壓力傳感器，上、下聯(lián)接塊以及鋼球、彈性支撐件和MEMS微結(jié)構(gòu)；在套筒上端設(shè)有環(huán)形頂板，微結(jié)構(gòu)通過彈性支撐件設(shè)在環(huán)形頂板上；在頂、底板之間均布有導(dǎo)向軸，下聯(lián)接塊均布有導(dǎo)向支臂且由套筒壁穿過并套在導(dǎo)向軸上；在上、下聯(lián)接塊上分別設(shè)有錐形凹槽和球面凹槽，在上、下聯(lián)接塊之間圓周均布有拉簧，使鋼球夾在錐形凹槽和球面凹槽之間；壓電陶瓷夾在壓力傳感器與彈性支撐件之間。該裝置能夠?qū)弘娞沾墒┘硬煌笮〉念A(yù)緊力，使所獲得的預(yù)緊力測量值更加準(zhǔn)確，可使補(bǔ)償壓電陶瓷兩工作表面平行度誤差的調(diào)節(jié)過程變得更加順暢和平滑，便于測試動(dòng)態(tài)特性參數(shù)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于微型機(jī)械電子系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種可對(duì)MEMS微結(jié)構(gòu)進(jìn)行片外激勵(lì)的四軸式激振裝置。

背景技術(shù)

由于MEMS微器件具有成本低、體積小和重量輕等優(yōu)點(diǎn)，使其在汽車、航空航天、信息通訊、生物化學(xué)、醫(yī)療、自動(dòng)控制和國防等諸多領(lǐng)域都有著廣泛的應(yīng)用前景。對(duì)于很多MEMS器件來說，其內(nèi)部微結(jié)構(gòu)的微小位移和微小變形是器件功能實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)，因此對(duì)這些微結(jié)構(gòu)的振幅、固有頻率、阻尼比等動(dòng)態(tài)特性參數(shù)進(jìn)行精確測試已經(jīng)成為開發(fā)MEMS產(chǎn)品的重要內(nèi)容。

為了測試微結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)特性參數(shù)，首先需要使微結(jié)構(gòu)產(chǎn)生振動(dòng)，也就是需要對(duì)微結(jié)構(gòu)進(jìn)行激勵(lì)。由于MEMS微結(jié)構(gòu)具有尺寸小、重量輕和固有頻率高等特點(diǎn)，傳統(tǒng)機(jī)械模態(tài)測試中的激勵(lì)方法和激勵(lì)裝置無法被應(yīng)用在MEMS微結(jié)構(gòu)的振動(dòng)激勵(lì)當(dāng)中。近三十年來，國內(nèi)外的研究人員針對(duì)MEMS微結(jié)構(gòu)的振動(dòng)激勵(lì)方法進(jìn)行了大量的探索，研究出了一些可用于MEMS微結(jié)構(gòu)的激勵(lì)方法以及相應(yīng)的激勵(lì)裝置。其中，以疊堆壓電陶瓷作為激勵(lì)源的底座激勵(lì)裝置具備激勵(lì)帶寬較大，裝置簡單、易操作，以及適用性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，因此在MEMS微結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)特性測試領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。David等在《A base excitation test facility fordynamic testing of microsystems》一文中介紹了一種基于壓電陶瓷的底座激勵(lì)裝置，在該裝置中疊堆壓電陶瓷被直接粘接在一個(gè)固定的底座上，由于疊堆壓電陶瓷是一種多層粘接結(jié)構(gòu)，所以疊堆壓電陶瓷能夠承受較大的壓力，但不能承受拉力，拉力會(huì)導(dǎo)致疊堆壓電陶瓷的損壞，當(dāng)疊堆壓電陶瓷在使用時(shí)，對(duì)其施壓一定的預(yù)緊力有利于延長疊堆壓電陶瓷的使用壽命，而該裝置并未考慮上述問題；Wang等在《Dynamic characteristic testing forMEMS micro-devices with base excitation》一文中介紹了一種基于壓電陶瓷的底座激勵(lì)裝置，在該裝置中考慮到了對(duì)疊堆壓電陶瓷施加一定預(yù)緊力的問題，使用了壓板、底座和調(diào)節(jié)螺釘組成的機(jī)構(gòu)來壓緊疊堆壓電陶瓷，并可通過旋擰調(diào)節(jié)螺釘來改變預(yù)緊力的大小，但該裝置并未考慮到在使用上述機(jī)構(gòu)對(duì)疊堆壓電陶瓷施加預(yù)緊力時(shí)，由于疊堆壓電陶瓷兩工作表面的平行度誤差，在疊堆壓電陶瓷的層與層之間會(huì)產(chǎn)生剪切力，該剪切力會(huì)對(duì)疊堆壓電陶瓷產(chǎn)生機(jī)械損傷，此外，該裝置無法測量所施加預(yù)緊力的大小，如果調(diào)節(jié)不當(dāng)，則也會(huì)對(duì)疊堆壓電陶瓷造成機(jī)械損傷。

公開號(hào)為CN101476970A的中國發(fā)明專利公開了一種基于壓電陶瓷的底座激勵(lì)裝置，在該裝置中通過十字彈簧片對(duì)疊堆壓電陶瓷施加預(yù)緊力，并通過將疊堆壓電陶瓷底部安裝在一個(gè)可動(dòng)的底座結(jié)構(gòu)上來減小壓電陶瓷所受到的剪切力，此外，在裝置中還設(shè)有壓力傳感器，用來檢測對(duì)壓電陶瓷所施加的預(yù)緊力以及疊堆壓電陶瓷在工作時(shí)的輸出力。但該裝置仍存在下列缺點(diǎn)：

1、該裝置的可動(dòng)底座結(jié)構(gòu)由上聯(lián)接塊、鋼球和下聯(lián)接塊組成，鋼球和上聯(lián)接塊、下聯(lián)接塊之間均為線接觸，當(dāng)需要補(bǔ)償疊堆壓電陶瓷頂面和底面兩個(gè)工作表面的平行度誤差而自行調(diào)節(jié)可動(dòng)底座結(jié)構(gòu)時(shí)，鋼球無法平滑的轉(zhuǎn)動(dòng)，甚至?xí)霈F(xiàn)被卡住的狀況；

2、上聯(lián)接塊和下聯(lián)接塊與套筒之間均無直接聯(lián)接，而是采用間隙配合的方式依次安裝到套筒之中，若疊堆壓電陶瓷兩個(gè)工作表面的平行度誤差較大，則無足夠的空間去調(diào)節(jié)可動(dòng)底座結(jié)構(gòu)；