[發(fā)明專利]一種動(dòng)態(tài)特性測(cè)試的壓電式激勵(lì)裝置及其工作方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201811538823.4
• 申請(qǐng)日: 2018-12-17
• 公開（公告）號(hào): CN109668703B
• 公開（公告）日: 2020-02-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 田江平;馮立巖;崔靖晨;田華;隆武強(qiáng);崔澤川
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 大連理工大學(xué)
• 主分類號(hào): G01M7/02
• 分類號(hào): G01M7/02
• 代理公司: 大連星海專利事務(wù)所有限公司 21208
• 代理人: 花向陽;楊翠翠

一種動(dòng)態(tài)特性測(cè)試的壓電式激勵(lì)裝置及其工作方法，屬于微型機(jī)械電子技術(shù)領(lǐng)域。壓電式激勵(lì)裝置包括筒體、安裝在筒體底部的底板、微結(jié)構(gòu)激勵(lì)單元和光加熱單元，微結(jié)構(gòu)激勵(lì)單元包括一個(gè)手動(dòng)三軸位移臺(tái)，在手動(dòng)三軸位移臺(tái)的垂直溜板上安裝有連接板，在連接板上通過螺紋安裝有封裝壓電陶瓷，在封裝壓電陶瓷的頂部安裝有微結(jié)構(gòu)安裝板，在微結(jié)構(gòu)安裝板的頂部粘接有MEMS微結(jié)構(gòu)；光激勵(lì)單元中使用了四個(gè)遮光板，使得由光加熱單元發(fā)出的平行光僅能照射在MEMS微結(jié)構(gòu)上；該裝置的有益效果是：可以實(shí)現(xiàn)對(duì)MEMS微結(jié)構(gòu)整體的同時(shí)加熱，確保了微結(jié)構(gòu)表面的溫度分布均勻，降低了微結(jié)構(gòu)表面的溫度梯度，大幅提高了高溫環(huán)境下微結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)特性參數(shù)測(cè)試的準(zhǔn)確性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種動(dòng)態(tài)特性測(cè)試的壓電式激勵(lì)裝置及其工作方法，屬于微型機(jī)械電子技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

由于MEMS微器件具有成本低、體積小、重量輕、集成度高和智能化程度高等一系列特點(diǎn)，目前已經(jīng)在汽車、航空航天、信息通訊、生物化學(xué)、醫(yī)療、自動(dòng)控制、消費(fèi)品及國防等很多領(lǐng)域都得到廣泛的應(yīng)用。在設(shè)計(jì)和開發(fā)MEMS時(shí)，由于系統(tǒng)功能主要是通過微結(jié)構(gòu)的微小位移和變形實(shí)現(xiàn)，需要測(cè)量微機(jī)械部件的動(dòng)態(tài)性能，因此對(duì)MEMS的機(jī)械運(yùn)動(dòng)參數(shù)如位移、速度、振幅、頻率和振動(dòng)模態(tài)等進(jìn)行精確測(cè)量已經(jīng)成為開發(fā)MEMS的重要內(nèi)容。隨著MEMS產(chǎn)品應(yīng)用領(lǐng)域的不斷拓展，對(duì)其動(dòng)態(tài)機(jī)械特性的測(cè)試和研究不能夠僅局限在常態(tài)環(huán)境下，而是需要結(jié)合實(shí)際的使用環(huán)境，比如高溫環(huán)境，測(cè)試其在高溫環(huán)境影響下的動(dòng)態(tài)特性，從而能夠?qū)Ξa(chǎn)品的穩(wěn)定性和可靠性進(jìn)行評(píng)估，對(duì)器件在設(shè)計(jì)、制作工藝的改進(jìn)、以及器件的封裝等方面起到指導(dǎo)作用，還可以降低研發(fā)成本，減少開發(fā)時(shí)間。

為了測(cè)試微結(jié)構(gòu)在高溫環(huán)境下的動(dòng)態(tài)特性參數(shù)，一方面需要使微結(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(cè)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，其中基于壓電陶瓷的底座激勵(lì)方法能夠很好的實(shí)現(xiàn)對(duì)微結(jié)構(gòu)的激勵(lì)。

另一方面，就是需要對(duì)微結(jié)構(gòu)進(jìn)行升溫，也就是對(duì)其進(jìn)行加熱。公開號(hào)為CN206074210U的中國實(shí)用新型專利公開了一種用于MEMS微結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)特性測(cè)試的高溫環(huán)境加載裝置，在該裝置中采用電加熱棒作為熱源，通過熱傳導(dǎo)的方法對(duì)微結(jié)構(gòu)進(jìn)行加熱；公開號(hào)為CN1666952A的中國發(fā)明專利公開了一種MEMS圓片或器件的動(dòng)態(tài)測(cè)試加載裝置，在該裝置中采用電加熱板作為熱源，通過熱傳導(dǎo)的方法對(duì)MEMS圓片進(jìn)行加熱；佘東生等在《基于激波的MEMS 微結(jié)構(gòu)底座沖擊激勵(lì)方法研究》中介紹了一種可加載高溫環(huán)境的MEMS微結(jié)構(gòu)激波激勵(lì)裝置，在該裝置中采用電加熱棒作為熱源，通過熱傳導(dǎo)的方法對(duì)MEMS微結(jié)構(gòu)進(jìn)行加熱。在采用上述熱傳導(dǎo)的加熱方式對(duì)微結(jié)構(gòu)進(jìn)行加熱時(shí)，由于熱能是經(jīng)由微結(jié)構(gòu)基底再傳遞到微結(jié)構(gòu)上的，因此微結(jié)構(gòu)上的溫度場分布十分不均勻，微結(jié)構(gòu)上距離基底遠(yuǎn)端的溫度要低于距離基底近端處的溫度，根據(jù)F. Shen等在《Thermal effects on coated resonantmicrocantilevers》中的研究結(jié)果，當(dāng)微結(jié)構(gòu)上的溫度場分布不均勻時(shí)，在高溫環(huán)境下測(cè)試微結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)特性參數(shù)的準(zhǔn)確性將會(huì)大幅降低。因此，現(xiàn)有技術(shù)中采用熱傳導(dǎo)對(duì)微結(jié)構(gòu)進(jìn)行加熱的方式具有很大的缺點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種動(dòng)態(tài)特性測(cè)試的壓電式激勵(lì)裝置，該裝置能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)MEMS微結(jié)構(gòu)加載高溫環(huán)境，并對(duì)處于高溫狀態(tài)下的MEMS微結(jié)構(gòu)進(jìn)行激勵(lì)，同時(shí)確保微結(jié)構(gòu)表面溫度分布均勻，降低微結(jié)構(gòu)表面的溫度梯度，提高高溫環(huán)境下MEMS微結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)特性參數(shù)測(cè)試結(jié)果的準(zhǔn)確性。

為解決上述問題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：一種動(dòng)態(tài)特性測(cè)試的壓電式激勵(lì)裝置，壓電式激勵(lì)裝置包括筒體、光加熱單元和微結(jié)構(gòu)激勵(lì)單元，所述筒體的頂部安裝有四個(gè)圓周均布的光加熱單元，每個(gè)光加熱單元依次通過安裝板、銷軸和固定板與筒體相連接，光加熱單元繞銷軸轉(zhuǎn)動(dòng)，在安裝板與銷軸套裝部的螺紋孔內(nèi)設(shè)有緊定螺釘；