CN113820045A - Mems热电堆传感器的测试方法及系统 - Google Patents

Mems热电堆传感器的测试方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种MEMS热电堆传感器的测试方法及系统。其包括微区光源以及显微成像系统，通过显微成像系统能观测到待测试MEMS热电堆传感器内所选择区域位置放大后的区域状态信息，并能根据所观察放大后的区域状态信息将微区光源产生的激光仅入射到待测试MEMS热电堆传感器内所选择的区域位置；利用微区光源对待测试MEMS热电堆传感器内当前所选择区域位置进行所需的激光辐照后，采集待测试MEMS热电堆传感器内当前所选择区域位置在相应激光辐照下的输出电压。本发明微区光源能精准定位，并实现对热电堆不同区域部位的直接辐照，以能获取热电堆不同区域部位的输出状态，从而为MEMS热电堆传感器的优化设计提供依据和指导。

Description

MEMS热电堆传感器的测试方法及系统
技术领域
本发明涉及一种传感器的测试方法，尤其是一种MEMS热电堆传感器的测试方法及系统。
背景技术
热电堆传感器具有响应光谱宽、可靠性好等优点，因此，在非接触测温、工业控制、气体探测等领域具有广泛的应用。热电偶是热电堆传感器中的核心部件，热电偶的性能直接影响热电堆传感器的输出。在热电堆的实际制备过程中，热电偶材料的参数会受加工工艺过程的影响而发生变化；由于热偶条的结构尺寸一般为微米级或者纳米级，所以，单对热偶条的输出微小，这使得测量热电偶结构的输出变得困难。除此之外，对于热电堆器件来说，其微区的输出因为尺寸的原因难以测量。
获得器件内各局部结构的输出或热电堆微区的输出有助于衡量各局部结构对传感器整体输出结果的贡献，有助于研究热偶条长度、宽度与厚度与热偶条输出电压的关系，有助于评估热电堆器件的性能，有助于指导器件结构的优化设计。
当前针对热电堆器件的测试往往基于面黑体(尺寸一般为几个厘米)、大面积点黑体(一般为毫米级)等热源，由面黑体、大面积点黑体的特性可知，在测试时，无法获得热电偶结构、吸收区结构、热电偶-吸收区连接结构、热端、冷端、热端连接体等结构对热电堆器件输出的贡献，无法对这些结构的优化设计提供指导和帮助。
综上，目前缺少一种能有效实现对MEMS热电堆传感器内部结构或微区的测试方法。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种MEMS热电堆传感器的测试方法，其微区光源能精准定位，并实现对热电堆不同区域部位的直接辐照，以能获取热电堆不同区域部位的输出状态，从而为热电堆器件的优化设计提供依据和指导。
按照本发明提供的技术方案，所述MEMS热电堆传感器的测试方法，包括能辐射不同波长激光的微区光源以及与所述微区光源适配的显微成像系统，通过显微成像系统能观测到待测试MEMS热电堆传感器内所选择区域位置放大后的区域状态信息，并能根据所观察放大后的区域状态信息将微区光源产生的激光仅入射到待测试MEMS热电堆传感器内所选择的区域位置，且位于待测试MEMS热电堆传感器内所选择区域位置的激光光斑与待测试MEMS热电堆传感器内当前所选择的区域位置适配；
利用微区光源对待测试MEMS热电堆传感器内当前所选择区域位置进行所需的激光辐照后，采集待测试MEMS热电堆传感器内当前所选择区域位置在相应激光辐照下的输出电压，以能得到待测试MEMS热电堆传感器内当前所选择区域位置在相应激光辐照下的输出测试状态。
微区光源包括能发射激光的激光光源，微区光源所发射激光的波长范围为10nm～5mm；微区光源所发射的激光入射到待测试MEMS热电堆传感器内所选择区域位置后形成激光光斑的大小为1μm～1mm。
微区光源所发射激光对MEMS热电堆传感器内所选择区域位置进行激光辐照时，所述激光辐照时间为1ms～30s；微区光源发射激光时的功率为1μW～1W。
所述显微成像系统还能提供测试中所需的照明光线，显微成像系统还与显微系统处理器电连接，通过显微系统处理器能显示输出利用显微成像系统观察待测试MEMS热电堆传感器内所选择区域位置放大后的区域状态信息。
还包括能采集待测试MEMS热电堆传感器输出电压的数据采集器，所述数据采集器与数据处理器电连接，通过数据处理器能对数据采集器所采集的输出电压数据进行存储与管理，并能根据所存储管理的输出电压数据生成热电堆传感器的局部结构测试云图。
所述显微成像系统提供观察的视野范围为3μm×3μm至200μm×200μm
一种MEMS热电堆传感器的测试系统，包括能辐射不同波长激光的微区光源以及与所述微区光源适配的显微成像系统，通过显微成像系统能观测到待测试MEMS热电堆传感器内所选择区域位置放大后的区域状态信息，并能根据所观察放大后的区域状态信息将微区光源产生的激光仅入射到待测试MEMS热电堆传感器内所选择的区域位置，且位于待测试MEMS热电堆传感器内所选择区域位置的激光光斑与待测试MEMS热电堆传感器内当前所选择的区域位置适配；
利用微区光源对待测试MEMS热电堆传感器内当前所选择区域位置进行所需的激光辐照后，采集待测试MEMS热电堆传感器内当前所选择区域位置在相应激光辐照下的输出电压，以能得到待测试MEMS热电堆传感器内当前所选择区域位置在相应激光辐照下的输出测试状态。
微区光源包括能发射激光的激光光源，微区光源所发射激光的波长范围为10nm～5mm；微区光源所发射的激光入射到待测试MEMS热电堆传感器内所选择区域位置后形成激光光斑的大小为1μm～1mm；
微区光源所发射激光对MEMS热电堆传感器内所选择区域位置进行激光辐照时，所述激光辐照时间为1ms～30s；微区光源发射激光时的功率为1μW～1W。
所述显微成像系统还能提供测试中所需的照明光线，显微成像系统还与显微系统处理器电连接，通过显微系统处理器能显示输出利用显微成像系统观察待测试MEMS热电堆传感器内所选择区域位置放大后的区域状态信息。
还包括能采集待测试MEMS热电堆传感器输出电压的数据采集器，所述数据采集器与数据处理器电连接，通过数据处理器能对数据采集器所采集的输出电压数据进行存储与管理，并能根据所存储管理的输出电压数据生成热电堆局部结构测试云图。
本发明的优点：通过显微成像系统能对待测试MEMS热电堆传感器内所选择的区域位置放大，微区光源发射的激光能直接且仅入射到待测试MEMS热电堆传感器内所选择的区域位置，利用微区光源对待测试MEMS热电堆传感器内当前所选择区域位置进行所需的激光辐照后，采集待测试MEMS热电堆传感器内当前所选择区域位置在相应激光辐照下的输出电压，以能得到待测试MEMS热电堆传感器内当前所选择区域位置在相应激光辐照下的输出测试状态；
通过微区光源辐照待测试MEMS热电堆传感器内不同选择区域位置，以能获得不同的输出电压。通过汇总待测试MEMS热电堆传感器内不同的选择区域位置以及不同微区光源的辐照条件，根据数据采集器采集的输出电压可绘制待测试MEMS热电堆传感器的输出云图，根据输出云图有助于分析待测试MEMS热电堆传感器的性能，指导待测试MEMS热电堆传感器的优化设计；测试方法简单，通过测试能反应更多的待测试MEMS热电堆器件的细节信息，测试的结果更加直观和准确；测试时通过设置微区光源辐照激发待测试MEMS热电堆传感器的工作，速度快，可重复性高，可控性高。
附图说明
图1为本发明测试系统框图。
图2为本发明测试系统的结构示意图。
图3为本发明测试时的流程图。
图4为本发明微区光源的示意图。
图5为本发明实施例中热电堆结构示意图。
附图标记说明：1-示例光源、2-示例样品固定台、3-示例调节旋钮、4-示例显微处理器、5-示例数据采集设备、6-示例数据处理设备、7-自然光镜筒、8-光路控制镜筒、9-激光镜筒、10-放大物镜、11-反光镜、12-光束、13-镜筒下方物品放置台、14-被测样品、15-平行光管、16-分光镜。
具体实施方式
下面结合具体附图和实施例对本发明作进一步说明。
如图3所示，为了微区光源能精准定位，并实现对热电堆不同区域部位的直接辐照，以能获取MEMS热电堆传感器不同区域部位在受辐照下的输出状态，本发明包括能辐射不同波长激光的微区光源以及与所述微区光源适配的显微成像系统，通过显微成像系统能观测到待测试MEMS热电堆传感器内所选择区域位置放大后的区域状态信息，并能根据所观察放大后的区域状态信息将微区光源产生的激光仅入射到待测试MEMS热电堆传感器内所选择的区域位置，且位于待测试MEMS热电堆传感器内所选择区域位置的激光光斑与待测试MEMS热电堆传感器内当前所选择的区域位置适配；
利用微区光源对待测试MEMS热电堆传感器内当前所选择区域位置进行所需的激光辐照后，采集待测试MEMS热电堆传感器内当前所选择区域位置在相应激光辐照下的输出电压，以能得到待测试MEMS热电堆传感器内当前所选择区域位置在相应激光辐照下的输出测试状态。
具体地，微区光源可以采用激光光源，所述微区光源能发射激光，为了能使得微区光源发射的激光仅入射到待测试MEMS热电堆传感器内所选择区域位置，通过显微成像系统能对待测试MEMS热电堆传感器内所选区域位置进行放大观察。待测试MEMS热电堆传感器可以为现有常用的MEMS热电堆器件，MEMS热电堆器件的具体结构形式可以根据实际需要选择，此处不再赘述。待测试MEMS热电堆传感器内所选区域位置，可以为热电偶结构、吸收区结构、热电偶-吸收区连接结构、热端、冷端或热端连接体，待测试MEMS热电堆传感器所选区域位置可以根据实际需要选择，以能满足实际测试需求即可。当然，待测试MEMS热电堆传感器内所选区域位置至少为受微区光源的激光辐照能输出电压的区域位置。
本发明实施例中，通过显微成像系统对待测试MEMS热电堆传感器内所选择区域位置放大后，即能方便微区光源与待测试MEMS热电堆传感器内所选择区域位置的对准，即能实现微区光源的激光光线的精准对准定位。在对准后，微区光源发射的激光能仅入射到所述待测试MEMS热电堆传感器内所选择区域位置，此时，有且仅有待测试MEMS热电堆传感器内所选择区域位置受到激光的辐照。入射的激光光线会在待测试MEMS热电堆传感器内所选择区域位置形成光斑，所述形成的光斑与待测试MEMS热电堆传感器内当前所选择的区域位置适配，具体是指激光光斑的不大于待测试MEMS热电堆传感器内当前所选择区域位置，以能保证仅有待测试MEMS热电堆传感器内当前所选择区域位置会受到激光的辐照，待测试MEMS热电堆传感器内其他的区域位置均不会受到微区光源的激光影响。
由上述说明可知，当利用微区光源对待测试MEMS热电堆传感器内当前所选择区域位置进行所需的激光辐照后，可采集待测试MEMS热电堆传感器内当前所选择区域位置在相应激光辐照下的输出电压。由于采集的输出电压仅与待测试MEMS热电堆传感器内当前所选择区域位置相关，即可得到待测试MEMS热电堆传感器内当前所选择区域位置在相应激光辐照下的输出测试状态。
进一步地，微区光源包括能发射激光的激光光源，微区光源所发射激光的波长范围为10nm～5mm；微区光源所发射的激光入射到待测试MEMS热电堆传感器内所选择区域位置后形成激光光斑的大小为1μm～1mm。
本发明实施例中，微区光源的具体采用以能发射激光为准，微区光源发射的激光的波长以及激光形成光斑的具体大小均可以根据实际需要选择，以能满足对待测试MEMS热电堆传感器内所选择区域位置匹配以及实际测试的需求为准，具体为本技术领域人员所熟知，此处不再赘述。
此外，微区光源所发射激光对MEMS热电堆传感器内所选择区域位置进行激光辐照时，所述激光辐照时间为1ms～30s；微区光源发射激光时的功率为1μW～1W。本发明实施例中，进行激光辐照的时间可以根据实际需要选择，但激光辐照的时间以不影响待测试MEMS热电堆传感器内所选择区域位置的性能为准。
进一步地，所述显微成像系统还能提供测试中所需的照明光线，显微成像系统还与显微系统处理器电连接，通过显微系统处理器能显示输出利用显微成像系统观察待测试MEMS热电堆传感器内所选择区域位置放大后的区域状态信息。
本发明实施例中，利用显微成像系统提供的照明光线，能对测试中观察待测试MEMS热电堆传感器内所选择区域位置放大后的区域位置信息，当然，也能便于确定微区光源的激光是否仅入射到待测试MEMS热电堆传感器内当前所选择区域位置。具体实施时，显微成像系统可以现有常用的照明光源来提供照明光线，照明光源提供照明光线的具体情况可以根据实际需要选择，以能满足实际测试需要为准，具体为本技术领域人员所熟知，此处不再赘述。
显微处理器可以采用现有常用的形式，如显微系统处理器至少包括一显示器，从而通过显微系统处理器能显示输出利用显微成像系统观察待测试MEMS热电堆传感器内所选择区域位置放大后的区域状态信息，通过显示输出待测试MEMS热电堆传感器内所选择区域位置后，能更加精确实现微区光源发射的激光与待测试MEMS热电堆传感器内所选择区域位置的对准，提高测试的精度。通过显微系统处理器显示输出待测试MEMS热电堆传感器内所选择区域位置的方式以及过程均可以与现有相一致，具体可以根据实际需要选择，此处不再赘述。
具体实施时，所述显微成像系统提供观察的视野范围为3μm×3μm至200μm×200μm，显微成像系统可以采用现有常用的形式，如采用常用的电子显微镜等，照明光源、微区光源以及显微系统处理器与显微成像系统间的具体配合关系均可以与现有相一致，具体可以根据需要选择，此处不再赘述。显微成像系统的视野范围一般可以根据实际需要选择，以能满足对待测试MESM热电堆传感器所选择区域位置的观察与放大为准。
进一步地，还包括能采集待测试MEMS热电堆输出电压的数据采集器，所述数据采集器与数据处理器电连接，通过数据处理器能对数据采集器所采集的输出电压进行存储与管理，并能根据所存储管理的输出电压生成热电堆局部结构测试云图。
本发明实施例中，利用数据采集器能实现对待测试MEMS热电堆输出的电压，数据采集器采集待测试MEMS热电堆输出电压的方式可与现有相一致，具体为本技术领域人员所熟知，此处不再赘述。当然，由上述说明可知，在测试时，由于仅对待测试MEMS热电堆传感器内所选择区域位置进行激光辐照，因此，待测试MEMS热电堆输出的电压一般较小，即数据采集器需要满足当前情况下的采集精度，以便能真实采集到待测试MEMS热电堆输出的测试电压。
此外，数据采集器还可与数据处理器电连接，数据处理器可以采用现有常用的形式，如常用的微处理器等，具体可以根据需要选择。数据处理器能对数据采集器所采集的电压进行存储与管理，一般地，在存储时，可以将数据采集器所采集到的电压与所采集电压对应的待测试MEMS热电堆传感器内所选择的区域位置以及相应的激光辐照条件关联存储。
具体实施时，对同一待测试MEMS热电堆传感器内选择不同的区域位置进行相应的激光辐照时，且分别采集相应的输出电压。选择待测试MEMS热电堆传感器内不同区域位置以及相应的激光辐照后，且采集输出电压后，可以将所有的情况均存储在数据处理器内，即在数据处理器内存储有若干测试关联信息，其中，任一测试关联信息包括待测试MEMS热电堆传感器内选择区域位置、所述待测试MEMS热电堆传感器内所选择位置的激光辐照条件以及在所述激光辐照条件下采集的输出电压。
本发明实施例中，根据数据处理器内针对同一待测试MEMS热电堆传感器内所有的测试关联信息，即可汇总当前待测试MEMS热电堆传感器内所选择区域受激光辐照的输出状态，通过在数据处理软件中输入测试点的坐标和对应输出电压，可绘制当前待测试MEMS热电堆的输出云图，可绘制输出云图的数据云图软件包括但并不限于Origin、MATLAB、ArcGIS、ENVI、QGIS，所述数据云图软件具体可以根据实际需要选择，此处不再赘述。Origin是一款常用的科学绘图、数据分析软件；MATLAB是一款常用的数据计算分析软件，具有数值分析、矩阵计算、科学数据可视化以及非线性动态系统的建模和仿真等功能；ArcGIS软件专注于处理空间信息数据，具有地图制作、空间数据管理、空间分析、空间信息整合等功能；ENVI是一个常用的遥感图像处理平台，主要处理图像数据的输入/输出、图像定标、图像增强以及各种变换、信息提取与显示等功能；QGIS具有数据可视化、管理、编辑、分析等功能，Origin、MATLAB、ArcGIS、ENVI、QGIS的具体情况为本技术领域人员所熟知，此处不再赘述。
具体实施时，在得到输出云图后，通过所述输出云图可直观看到待测试MEMS热电堆传感器内所选择区域位置受激光辐照下输出电压的高低，有助于分析器件的性能，扩大输出高部分的占比或提高低输出部分的输出，从而指导器件的优化设计。
综上，可得本发明MEMS热电堆传感器的测试系统，包括能辐射不同波长激光的微区光源以及与所述微区光源适配的显微成像系统，通过显微成像系统能观测到待测试MEMS热电堆传感器内所选择区域位置放大后的区域状态信息，并能根据所观察放大后的区域状态信息将微区光源产生的激光仅入射到待测试MEMS热电堆传感器内所选择的区域位置，且位于待测试MEMS热电堆传感器内所选择区域位置的激光光斑与待测试MEMS热电堆传感器内当前所选择的区域位置适配；
利用微区光源对待测试MEMS热电堆传感器内当前所选择区域位置进行所需的激光辐照后，采集待测试MEMS热电堆传感器内当前所选择区域位置在相应激光辐照下的输出电压，以能得到待测试MEMS热电堆传感器内当前所选择区域位置在相应激光辐照下的输出测试状态。
如图1所示，为本发明微区光源与显微成像系统配合实现对MEMS热电堆进行测试的框图，图1中，显微成像系统与显微光源、照明系统以及调焦系统配合，其中，通过照明系统能提供照明光线，可先确认待测试MEMS热电堆传感器内所选择区域位置，通过显微光源能提供辐照的激光，对待测试MEMS热电堆传感器内所选择区域位置进行激光辐照，显微光源、照明系统与显微成像系统的具体配合关系可以参考上述说明，此处不再赘述。通过调焦系统能对显微成像系统的焦距调节，调焦系统可以采用现有常用的形式，以能满足对显微成像系统进行焦距调节为准，调焦系统与显微成像系统配合实现调焦的具体过程可以与现有相一致，具体为本技术领域人员所熟知，此处不再赘述。图1中的被测器件即为待测试MEMS热电堆，待测试MEMS热电堆在测试时，一般置于样品固定台上，样品固定台的具体形式可以根据实际需要选择，以能有效实现对待测试MEMS热电堆的支撑且不影响对待测试MEMS热电堆的测试为准。图1中的数据采集系统包括上述的数据采集器以及数据处理器，数据采集器、数据处理器的具体工作过程可以参考上述说明，此处不再赘述。
如图2所示，为本发明的一种具体实施情况的示意图，其中，包括底座、设置于底座上的示例光源1以及设置于底座上的示例样品固定台2，通过示例光源1能形成上述的微区光源，即示例光源1能产生激光，待测试MEMS热电堆能置于示例样品固定台2上，在底座上还设置调节按钮3，通过调节旋钮3能调节示例显微成像部的焦距，通过示例显微成像部能形成显微成像系统，示例显微成像部位于示例光源1与示例样品固定台2之间，通过示例显微成像部对待测试MEMS热电堆传感器内所选择区域位置放大后，能将示例光源1与待测试MEMS热电堆传感器内当前所选择区域位置对准。一般地，示例光源1需要能在底座上活动，以便能使得示例光源1能对准待测试MEMS热电堆传感器内不同的选择区域位置，示例光源1在底座上的活动连接方式可以根据实际需要选择，以能满足示例光源1的实际工作需求为准，具体为本技术领域人员所熟知，此处不再赘述。当然，具体实施时，通过示例光源1还可以提供照明光线。
为了能实现高精度调节，还包括与显微处理器4，显微处理器4能与底座上光源1电连接，通过显微处理器4能显示输出底座上光源1在待测试MEMS热电堆传感器内所选择区域位置的激光光斑；当然，也能显示输出经底座显微成像部直接观察待测试MEMS热电堆传感器内所选择区域位置的放大状态信息，显微处理器4一般可以采用计算机，利用显微处理器4能提高观察便捷性。
通过示例数据采集设备5能形成上述的数据采集器，通过示例数据采集设备5能采集辐照下待测试MEMS热电堆的输出电压，示例数据采集设备5与示例数据处理设备6电连接，示例数据处理设备6可以为计算机，通过示例数据处理设备6可以形成上述的数据处理器。一般地，示例数据处理设备6与显微处理器4可以由同一计算机实现，当然，也可以同时采用两台计算机，具体可以根据需要选择，此处不再赘述。
如图4所示，为本发明实施例中，微区光源的一种实施示意图，其中，所述微区光源包括自然光镜筒7、光路控制镜筒8以及激光镜筒9，其中，在光路控制镜筒8内设置反光镜11以及放大物镜10。工作时，首先通过自然光镜筒7发出的自然光光束12依次经反光镜11、分光镜16以及放大物镜10后，能入射到放大物镜10正下方的镜筒下方物品放置台13上，以能确认放大倍数，当在镜筒下方物品放置台13上放置待测物品14时，从而可选定待测物品14的相应区域位置照明与放大，即自然光镜筒7、反光镜11以及光路控制镜筒8能实现照明光源的作用。
本发明实施例中，待测物品14即为MEMS热电堆。在确认后，关闭自然光镜筒7，打开激光镜筒9，激光镜筒9发出的激光依次经平行光管15、分光镜16以及放大物镜10后能入射到待测物品14所需的位置，激光镜筒9可以发射不同波长的激光，激光镜筒9发射激光的具体情况可以参考上述说明，具体为本技术领域人员所熟知，此处不再赘述。
具体实施时，自然光镜筒7、光路控制镜筒8、激光镜筒9、放大物镜10、反光镜11、平行光管15、分光镜16具体可以选用本技术领域常用的形式，只要能满足对待测试MEMS热电堆的测试过程均可，具体可根据实际需要选择，为本技术领域人员所熟知，此处不再赘述。
下面对待测试MEMS热电堆传感器内不同区域位置进行辐照测试的情况进行具体说明。
1)、针对MEMS热电堆的吸收区材料的不同选择不同的波长进行测试
提供MEMS热电堆传感器a以及MEMS热电堆传感器b，其中，MEMS热电堆传感器a的热偶条宽度为10μm，吸收区材料为Si3N4，厚度为500nm。MEMS热电堆传感器b的热偶条宽度为10μm，吸收区材料为TiN，厚度为500nm。
针对吸收区材料的不同，MEMS热电堆传感器a的激光辐照条件设定为激光波长9μm，激光功率5mW，辐照时间3s，激光光斑直径8μm，将MEMS热电堆传感器a固定在样品固定台，并与数据采集器相连，设定测试位置(热端、冷端、吸收区、热端连接处、热电偶-吸收区连接结构等)，放大倍数设定为50倍，视野范围为100μm×100μm，开启微区光源进行辐照，采集数据后进行MEMS热电堆传感器a的性能分析。
MEMS热电堆传感器b的激光辐照条件设定为激光波长536nm，激光功率5mW，辐照时间3s，激光光斑直径8μm，将MEMS热电堆传感器b固定在样品固定台，并与数据采集器相连，设定测试位置(热端、冷端、吸收区、热端连接处、热电偶-吸收区连接结构等)，放大倍数设定为50倍，视野范围为100μm×100μm，开启微区光源进行辐照，采集数据后进行MEMS热电堆b性能分析。
根据上述MEMS热电堆传感器a、MEMS热电堆传感器b相应的输出电压，即能实现针对不同吸收区材料的MEMS热电堆在不同波长辐照下的状态测试。
2)、针对热偶条宽度的不同，选定不同微区光源的尺寸进行测试
提供MEMS热电堆传感器c以及MEMS热电堆传感器d。MEMS热电堆传感器c的热偶条宽度为10μm，吸收区材料为Si3N4，厚度为700nm；MEMS热电堆传感器d的热偶条宽度为50μm，吸收区材料为Si3N4，厚度为700nm。
针对热偶条宽度的不同，MEMS热电堆传感器c的激光辐照条件设定为激光波长9μm，激光功率7mW，辐照时间5s，激光光斑直径8μm，将MEMS热电堆传感器c固定在样品固定台，并与数据采集器相连，设定测试位置(热端、冷端、吸收区、热端连接处、热电偶-吸收区连接结构等)，放大倍数设定为100倍，视野范围为10μm×10μm，开启微区光源进行辐照，采集数据后进行MEMS热电堆传感器c的性能分析。
MEMS热电堆传感器d的激光辐照条件设定为激光波长9μm，激光功率7mW，辐照时间5s，激光光斑直径48μm，将MEMS热电堆传感器d固定在样品固定台，并与数据采集器相连，设定测试位置(热端、冷端、吸收区、热端连接处、热电偶-吸收区连接结构等)，显微成像系统的放大倍数设定为100倍，视野范围为10μm×10μm，开启微区光源进行辐照，采集数据后进行MEMS热电堆传感器d性能分析。
根据上述MEMS热电堆传感器c、MEMS热电堆传感器d相应的输出电压，即能实现针对热偶条宽度不同的器件，可选定不同微区光源的尺寸下的测试。
3)、针对测试结果进行热电堆工作过程中载流子的运动情况分析
MEMS热电堆传感器e，并利用微区光源对MEMS热电堆传感器e内热偶条的不同位置辐照，根据测试结果对载流子的运动情况进行分析。MEMS热电堆传感器e的热偶条宽度为10μm，吸收区材料为Si3N4，厚度为600nm。MEMS热电堆传感器e的激光辐照条件设定为激光波长9μm，激光功率10mW，辐照时间5s，激光光斑直径8μm。将MEMS热电堆传感器e固定在样品固定台，并与数据采集器相连，显微成像系统的放大倍数设定为100倍，视野范围为10μm×10μm，分别在热偶条的热端、中心、冷端进行辐照，采集数据后进行载流子的运动情况分析。
4)、针对测试结果进行热电堆的结构优化设计
提供MEMS热电堆传感器f，并对MEMS热电堆f内相应局部结构和微区进行辐照测试，根据测试结果进行器件结构的优化设计。
MEMS热电堆传感器f的热偶条宽度为25μm，吸收区材料为Si3N4，厚度为1μm。MEMS热电堆传感器f的激光辐照条件设定为激光波长9μm，激光功率10mW，辐照时间5s，激光光斑直径为20μm。将MEMS热电堆传感器f固定在样品固定台，并与数据采集器相连，显微成像系统的放大倍数设定为20倍，视野范围为150μm×150μm，分别测试MEMS热电堆传感器f的热端、冷端、吸收区、热端连接处、热电偶-吸收区连接结构、任意微区，采集数据后进行器件f性能分析，并定量计算出各结构对热电堆输出的贡献占比，进行热电堆的结构优化设计(增加热偶条长度、增加热电偶对数、减小热电偶与吸收区连接位置尺寸等)。
具体实施时，根据MEMS热电堆传感器f中心吸收区的输出做出的器件结构优化设计前后对比。通过分析MEMS热电堆传感器f中吸收区、热电偶金属连接处和热偶条上的输出，分析出热偶条的长度和面积增大、热偶条金属连接处减小、热偶条孔隙减小有助于增加热电堆器件的输出。于是在热偶条对数不变的情况下，对MEMS热电堆传感器f结构做出改进，减小了热偶条的距离和金属连接处的尺寸，增加了热偶条的宽度。
5)、针对测试结果进行MEMS热电堆的输出云图绘制
提供MEMS热电堆传感器g，MEMS热电堆传感器g的热电偶对数为8对，热电偶采用堆叠方式，材料为N-poly和P-poly，左右两边的热电偶长度为300μm，上下两边的热电偶长度为200μm，宽度均为50μm；器件的吸收区大小为160μm×160μm，材料为Si3N4。
MEMS热电堆传感器g的激光辐照条件设定为激光波长4μm，激光功率1mW，辐照时间1s，激光光斑直径为1μm；将MEMS热电堆g固定在样品固定台，并与数据采集器相连，显微成像系统的放大倍数设定为100倍，视野范围为50μm×50μm。
具体实施时，以MEMS热电堆传感器g的吸收区中心为原点，以所述MEMS热电堆传感器g的边长相对长的方向作为X轴，以MEMS热电堆传感器g的边长相对短的方向作为Y轴，具体建立的坐标系的情况如图5所示。具体地，将对MEMS热电堆传感器g内热电偶对的热端(测试点为101-108)、冷端(测试点为201-208)、每对热电偶前的吸收微区(测试点为301-308)进行辐照测试，并采集热电堆输出信号。
根据MEMS热电堆传感器g内所选择区域位置相对应的位置确定坐标信息，并以每个辐照点的输出作为Z轴数据，MEMS热电堆传感器g内每对热电偶热端测试点坐标及输出为101：(-85,40，376)、102:(-85，-40，359)、103:(-40，-85，255)、104:(40，-85，261.5)、105:(85，-40，368.5)、106:(85,40，360.4)、107:(40,85，271.5)、108：(-40,85，265.8)。其中，101：(-85,40，376)具体是指所选取热电偶热端测试点101，根据所建立的坐标系，热电偶热端101的横坐标x为-85以及纵坐标y为40，在上述测试条件下采集的输出电压为376mV，其余测试点坐标以及输出所表述的情况均相同，具体可以参考此处的说明，此处不再赘述。
MEMS热电堆传感器g内每对热电偶冷端测试点坐标及输出为：201：(-380,40，3.4)、202:(-380，-40，4.5)、203:(-40，-280，5.1)、204:(40，-280，4.4)、205:(380，-40，3.3)、206:(380,40，4.2)、207:(40,280，4.4)、108：(-40,280，3.8)；
MEMS热电堆传感器g内每对热电偶前的吸收微区测试点坐标及输出为301：(-75,40，51.7)、302:(-75，-40，51.2)、303:(-40，-75，50.8)、304:(40，-75，50.9)、305:(75，-40，52.3)、106:(75,40，49.8)、107:(40,75，48.7)、108：(-40,75，49.7)。
将测试点101-108、201-208、301-308的坐标及输出电压输入至Origin数据处理软件中，选择“等高线绘制”，即可得到器件的输出云图，通过所述输出云图可直观看到热电偶长度对器件输出的影响，有助于分析器件的性能，扩大输出高部分的占比或提高低输出部分的输出，从而指导器件的优化设计。
综上，本发明通过显微成像系统能对待测试MEMS热电堆传感器内所选择的区域位置放大，微区光源发射的激光能直接且仅入射到待测试MEMS热电堆传感器内所选择的区域位置，利用微区光源对待测试MEMS热电堆传感器内当前所选择区域位置进行所需的激光辐照后，采集待测试MEMS热电堆传感器内当前所选择区域位置在相应激光辐照下的输出电压，以能得到待测试MEMS热电堆传感器内当前所选择区域位置在相应激光辐照下的输出测试状态；
通过微区光源辐照待测试MEMS热电堆传感器内不同选择区域位置，以能获得不同的输出电压。通过汇总待测试MEMS热电堆不同的选择区域位置以及不同微区光源的辐照条件，根据数据采集器采集的输出电压可绘制待测试MEMS热电堆的输出云图，根据输出云图有助于分析待测试MEMS热电堆的性能，指导待测试MEMS热电堆的优化设计；测试方法简单，通过测试能反应更多的待测试MEMS器件的细节信息，测试的结果更加直观和准确；测试时通过设置微区光源辐照激发待测试MEMS热电堆的工作，速度快，可重复性高，可控性高。

Claims (10)

1.一种MEMS热电堆传感器的测试方法，其特征是：包括能辐射不同波长激光的微区光源以及与所述微区光源适配的显微成像系统，通过显微成像系统能观测到待测试MEMS热电堆传感器内所选择区域位置放大后的区域状态信息，并能根据所观察放大后的区域状态信息将微区光源产生的激光仅入射到待测试MEMS热电堆传感器内所选择的区域位置，且位于待测试MEMS热电堆传感器内所选择区域位置的激光光斑与待测试MEMS热电堆传感器内当前所选择的区域位置适配；
利用微区光源对待测试MEMS热电堆传感器内当前所选择区域位置进行所需的激光辐照后，采集待测试MEMS热电堆传感器内当前所选择区域位置在相应激光辐照下的输出电压，以能得到待测试MEMS热电堆传感器内当前所选择区域位置在相应激光辐照下的输出测试状态。
2.根据权利要求1所述MEMS热电堆传感器的测试方法，其特征是：微区光源包括能发射激光的激光光源，微区光源所发射激光的波长范围为10nm～5mm；微区光源所发射的激光入射到待测试MEMS热电堆传感器内所选择区域位置后形成激光光斑的大小为1μm～1mm。
3.根据权利要求2所述MEMS热电堆传感器的测试方法，其特征是：微区光源所发射激光对MEMS热电堆传感器内所选择区域位置进行激光辐照时，所述激光辐照时间为1ms～30s；微区光源发射激光时的功率为1μW～1W。
4.根据权利要求1所述MEMS热电堆传感器的测试方法，其特征是：所述显微成像系统还能提供测试中所需的照明光线，显微成像系统还与显微系统处理器电连接，通过显微系统处理器能显示输出利用显微成像系统观察待测试MEMS热电堆传感器内所选择区域位置放大后的区域状态信息。
5.根据权利要求1所述MEMS热电堆传感器的测试方法，其特征是：还包括能采集待测试MEMS热电堆传感器输出电压的数据采集器，所述数据采集器与数据处理器电连接，通过数据处理器能对数据采集器所采集的输出电压数据进行存储与管理，并能根据所存储管理的输出电压数据生成热电堆传感器的局部结构测试云图。
6.根据权利要求1至5任一项所述MEMS热电堆传感器的测试方法，其特征是：所述显微成像系统提供观察的视野范围为3μm×3μm至200μm×200μm。
7.一种MEMS热电堆传感器的测试系统，其特征是：包括能辐射不同波长激光的微区光源以及与所述微区光源适配的显微成像系统，通过显微成像系统能观测到待测试MEMS热电堆传感器内所选择区域位置放大后的区域状态信息，并能根据所观察放大后的区域状态信息将微区光源产生的激光仅入射到待测试MEMS热电堆传感器内所选择的区域位置，且位于待测试MEMS热电堆传感器内所选择区域位置的激光光斑与待测试MEMS热电堆传感器内当前所选择的区域位置适配；
利用微区光源对待测试MEMS热电堆传感器内当前所选择区域位置进行所需的激光辐照后，采集待测试MEMS热电堆传感器内当前所选择区域位置在相应激光辐照下的输出电压，以能得到待测试MEMS热电堆传感器内当前所选择区域位置在相应激光辐照下的输出测试状态。
8.根据权利要求7所述的MEMS热电堆传感器的测试系统，其特征是：微区光源包括能发射激光的激光光源，微区光源所发射激光的波长范围为10nm～5mm；微区光源所发射的激光入射到待测试MEMS热电堆传感器内所选择区域位置后形成激光光斑的大小为1μm～1mm；
微区光源所发射激光对MEMS热电堆传感器内所选择区域位置进行激光辐照时，所述激光辐照时间为1ms～30s；微区光源发射激光时的功率为1μW～1W。
9.根据权利要求7所述的MEMS热电堆传感器的测试系统，其特征是：所述显微成像系统还能提供测试中所需的照明光线，显微成像系统还与显微系统处理器电连接，通过显微系统处理器能显示输出利用显微成像系统观察待测试MEMS热电堆传感器内所选择区域位置放大后的区域状态信息。
10.根据权利要求7所述的MEMS热电堆传感器的测试系统，其特征是：还包括能采集待测试MEMS热电堆传感器输出电压的数据采集器，所述数据采集器与数据处理器电连接，通过数据处理器能对数据采集器所采集的输出电压数据进行存储与管理，并能根据所存储管理的输出电压数据生成热电堆局部结构测试云图。
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