本文關(guān)鍵詞：利用相移顯微干涉術(shù)和頻閃成像技術(shù)研究MEMS離面運動，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：MEMS 動態(tài)測試技術(shù)，因其能夠測試 MEMS 三維運動，分析 MEMS 動態(tài)特 性、材料特性以及機械力學(xué)參數(shù)等關(guān)鍵數(shù)據(jù)，已成為 MEMS 測試技術(shù)的重要組 成部分。而研究如何在 MEMS 運動過程中記錄瞬間運動狀態(tài)，并恢復(fù) MEMS 表 面的離面運動歷程，則是 MEMS 動態(tài)測試技術(shù)實現(xiàn)離面運動測量的關(guān)鍵，因而 必須解決。 本文在充分調(diào)研的基礎(chǔ)上，結(jié)合頻閃成像技術(shù)和相移顯微干涉技術(shù)，建立了 MEMS 離面運動測試系統(tǒng)，提出新的用于恢復(fù)離面運動信息的雙向相位展開算 法，并實現(xiàn)對微諧振器離面運動的測量。論文的主要工作包括以下幾個方面： 1. 建立 MEMS 離面運動測試系統(tǒng)。論文仔細(xì)分析了相移顯微干涉測試技術(shù) 的原理，分別從干涉顯微鏡的光學(xué)結(jié)構(gòu)布局、相移干涉術(shù)和離面高度相位計算三 部分，詳細(xì)剖析相移顯微干涉的技術(shù)細(xì)節(jié)，并對各個部分中存在的方法或算法進(jìn) 行系統(tǒng)的分析，特別是影響測量誤差的主要因素；在此基礎(chǔ)上，先后完成了系統(tǒng) 各部分的連接和調(diào)試，LED 光源的選擇和性能分析，驅(qū)動電路的修改和調(diào)試， 高壓運放電路的修改和調(diào)試等。 2. 提出基于頻閃成像技術(shù)的沿時間軸和空間軸的雙向相位展開算法。文中 采用了一種對線性和非線性相移誤差、干涉光強信號的非正弦性和 CCD 攝像機 的非線性響應(yīng)等不敏感的相位提取算法－Hariharan 五幀算法，并且在分析 MEMS 離面運動測試的特點之后，提出基于頻閃成像技術(shù)的簡便實用的雙向相 位展開算法，最后在 MATLAB 上完成融合相位提取、相位展開、相位－高度轉(zhuǎn) 換和基準(zhǔn)面調(diào)平算法的數(shù)據(jù)處理軟件的編寫。 3. 采用虛擬儀器技術(shù)建立頻閃成像同步控制系統(tǒng)。工作包括硬件的搭建， 激勵信號和控制信號的波形編輯，同步控制策略的軟件實現(xiàn)。由于各部分的時間 延遲對系統(tǒng)性能影響較大，，文中還詳細(xì)講述了系統(tǒng)各部分時間延遲的標(biāo)定，以及 解決的方法。 4. 實驗驗證系統(tǒng)性能。首先利用 NIST 認(rèn)證的高度為 44nm 的標(biāo)準(zhǔn)三角形臺 階進(jìn)行靜態(tài)離面高度測試實驗，驗證了系統(tǒng)的測量精度，實驗數(shù)據(jù)的重復(fù)精度達(dá) 到 0.52nm；隨后對 MEMS 器件－微諧振器實施離面運動測試，頻閃同步控制系 統(tǒng)成功獲得該器件運動瞬間的干涉組圖，數(shù)據(jù)后續(xù)處理軟件則利用這些干涉圖恢 復(fù)出器件的離面運動軌跡。測試系統(tǒng)還實現(xiàn)對微諧振器離面運動的掃頻測量。
【關(guān)鍵詞】：MEMS 測試 離面運動 相移顯微干涉 頻閃成像 相位展開 虛擬儀器
【學(xué)位授予單位】：天津大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2004
【分類號】：TH703
【目錄】：

• 中文摘要3-4
• 英文摘要4-7
• 第一章 緒論7-20
• 1.1 MEMS 發(fā)展概況7-9
• 1.2 MEMS 測試技術(shù)與光學(xué)干涉測試技術(shù)9-12
• 1.3 MEMS 動態(tài)測試技術(shù)12-18
• 1.4 本課題研究的主要目的和內(nèi)容18-20
• 第二章 相移顯微干涉測試技術(shù)20-46
• 2.1 干涉顯微鏡20-23
• 2.2 相移干涉技術(shù)23-33
• 2.3 相位展開技術(shù)33-45
• 2.4 誤差分析45-46
• 第三章 融合頻閃成像技術(shù)的 MEMS 離面運動測試系統(tǒng)46-63
• 3.1 結(jié)合頻閃成像和相移顯微干涉測試 MEMS 離面運動的原理46-49
• 3.2 MEMS 離面運動測試系統(tǒng)49-60
• 3.3 物體運動速度對離面運動測量的影響60-63
• 第四章 實驗及其分析63-81
• 4.1 信號延時的分析和測量63-68
• 4.2 靜態(tài)離面高度測試68-73
• 4.3 MEMS 離面運動測試73-81
• 第五章 總結(jié)與展望81-83
• 參考文獻(xiàn)83-89
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文及參與的科研項目89-90
• 致謝90

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本文編號：502000