CN206074210U - 一种用于mems微结构动态特性测试的高温环境加载装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于MEMS微结构动态特性测试的高温环境加载装置，包括外腔体，在外腔体内底面设有电机安装座和支撑套，电机安装座位于支撑套内的中心处，在支撑套上端圆周均布插入有多个电加热棒，在支撑套顶面中心孔内通过十字弹簧片安装有MEMS微结构；在电机安装座内吊装有直线步进电机，直线步进电机的输出轴由电机安装座穿出并与丝杠同轴连接，在丝杠上通过螺纹连接移动套筒，在移动套筒顶面设有压电陶瓷，移动套筒升起后可将压电陶瓷顶在十字弹簧片的底面。有益效果是：避免了压电陶瓷与热源长时间直接接触，能够使压电陶瓷的温度被控制在其居里温度之下，解决了在高温环境下对MEMS微结构激励的难题，可在高温环境下实现对MEMS微结构的激振。

Description

一种用于MEMS微结构动态特性测试的高温环境加载装置

技术领域

本实用新型属于微型机械电子系统技术领域，特别涉及一种用于MEMS微结构动态特性测试的高温环境加载装置。

背景技术

采用MEMS工艺加工而成的微器件具有成本低、体积小和重量轻等优点，使其在汽车、航空航天、信息通讯、生物化学、医疗、自动控制和国防等诸多领域都有着广泛的应用前景。经过近二十多年的不断发展，以体硅工艺、表面硅工艺、LIGA技术和超精密机械加工技术为核心的MEMS加工制作工艺已逐渐走向成熟，到目前为止已经开发出了比较多的成熟产品，比如：喷墨打印机中的高分辨率喷头，智能炮弹和战术武器引信系统中的微加速度计，汽车中的微机械压力传感器、微加速度计、微陀螺仪和安全气囊感应器等等。

MEMS的测试技术是微机电系统技术的重要组成部分，对MEMS器件的相关性能进行测试已经成为MEMS产品设计、仿真、制造、以及质量控制和评价的关键环节之一。在MEMS产品的生产过程中，除了进行相关的电学测试、微结构的表面形貌测试、热学特性测试和光学特性测试之外，还需要对一些产品中具有传感或执行功能的微结构的动态特性进行测试。对于大多数MEMS传感器和执行器来说，其功能性在很大程度上是通过内部微结构的微小位移和变形来体现的，因此对微结构的机械运动参数如位移、速度、振幅、频率和振动模态等进行精确测试已经成为开发MEMS产品的重要内容。

随着MEMS产品应用领域的不断拓展，对其动态机械特性的测试和研究不能够仅局限在常态环境下，而是需要结合实际的使用环境，比如高温环境，从而能够对产品的稳定性和可靠性进行评估，对器件在设计、制作工艺的改进、以及器件的封装等方面起到指导作用，还可以降低研发成本，减少开发时间。

MEMS的动态测试技术主要包括MEMS微结构的振动检测技术和MEMS微结构的激励技术。如果在高温环境下对微结构的动态特性进行测试，可以使用非接触式的光学测振装置对微结构的振动响应进行检测，但在高温环境下对微结构进行激振则存在很大的难度，因为激励装置中的压电陶瓷会受到高温环境的影响，压电陶瓷的居里温度较低，不能在较高的温度环境下使用。因此，有必要研制一种可以应用于MEMS微结构动态特性测试的高温环境加载装置，可以在高温环境下实现对MEMS微结构的激振。

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种可在高温环境下实现对MEMS微结构激振的用于MEMS微结构动态特性测试的高温环境加载装置。

为解决上述问题，本实用新型采用如下技术方案：

一种用于MEMS微结构动态特性测试的高温环境加载装置，包括一个密闭的外腔体；在外腔体内底面安装有电机安装座和支撑套，电机安装座位于支撑套内的中心处，在支撑套上端圆周均布插入有多个电加热棒，在支撑套顶面的中心孔内安装有十字弹簧片，在十字弹簧片上安装有MEMS微结构；在电机安装座内吊装有直线步进电机，直线步进电机的输出轴由电机安装座穿出并与丝杠同轴连接，在丝杠上通过螺纹连接移动套筒，在移动套筒顶面设有压电陶瓷，移动套筒升起后可将压电陶瓷顶在十字弹簧片的底面。

作为进一步优选，在电机安装座上对称固定有二根垂直的限位柱，限位柱与对称设在移动套筒下端的导向孔间隙配合且分别由对应的导向孔穿出，在移动套筒下端的导向孔内分别设有与限位柱滑动配合的轴套，二根限位柱上端连接在一个法兰盘上。

作为进一步优选，所述外腔体包括一个套筒，在套筒上下端分别密封安装有顶板和底板，在顶板的中心孔内镶装有光学玻璃板。

作为进一步优选，在支撑套与底板之间设有隔热垫片，用于隔开支撑套的热量。

作为进一步优选，所述丝杠为滚珠丝杠。

作为进一步优选，所述支撑套为导热材料制成。

作为进一步优选，在外腔体的顶板上密封安装有一个电气接头，所述电加热棒和压电陶瓷的导线分别由电气接头引出并连接至电源。

本实用新型的有益效果是：由于在移动套筒顶面设置压电陶瓷，移动套筒升起后可将压电陶瓷顶在十字弹簧片的底面，避免了压电陶瓷与热源长时间直接接触，能够使压电陶瓷的温度被控制在其居里温度之下，解决了在高温环境下对MEMS微结构激励的难题，可在高温环境下实现对MEMS微结构的激振。

附图说明

图1是本实用新型的立体图。

图2是本实用新型的结构剖视图。

图3是本实用新型拆掉外腔体顶板和光学玻璃板后的俯视图。

图中：外腔体1，套筒101，顶板102，底板103，光学玻璃板2，电气接头3，电机安装座4，限位柱5，直线步进电机6，丝杠7，移动套筒8，隔热垫片9，支撑套10，MEMS微结构11，十字弹簧片12，压电陶瓷13，法兰盘14，电加热棒15。

具体实施方式

如图1～图3所示，本实用新型涉及的一种用于MEMS微结构动态特性测试的高温环境加载装置，包括一个密闭的外腔体1，该外腔体1包括一个套筒101，在套筒101上下端分别密封安装有顶板102和底板103，在顶板102的中心孔内镶装有光学玻璃板2。在外腔体1内底面分别通过圆周均布的螺钉固定安装有电机安装座4和支撑套10，电机安装座4位于支撑套10内的中心处，支撑套10上端具有顶盖并设有阶梯状中心孔，在支撑套10上端靠近外缘处圆周均布插入有多个电加热棒15，本实施例以8个电加热棒为例。

在支撑套10顶面的中心孔内通过螺钉固定安装有十字弹簧片12，在十字弹簧片12上面粘接有MEMS微结构11。在所述电机安装座4内吊装有直线步进电机6，直线步进电机6的输出轴由电机安装座4穿出并与垂直布置的丝杠7同轴连接，所述丝杠7为滚珠丝杠。在丝杠7上通过螺纹连接移动套筒8，在移动套筒8下端的环形阶梯面上对称设有导向孔，在电机安装座4上通过螺钉对称固定有二根垂直的限位柱5，限位柱5与导向孔间隙配合且分别由对应的导向孔穿出，二根限位柱5上端通过螺钉连接在一个法兰盘14上，在移动套筒下端的导向孔内分别设有与限位柱滑动配合的轴套。所述移动套筒8上端由法兰盘14中心孔穿出，在移动套筒8顶面的凹孔内插入并粘接有压电陶瓷13，移动套筒8升起后可将压电陶瓷13顶在十字弹簧片12的底面。

所述支撑套10为导热材料制成。在支撑套10与底板之间设有隔热垫片9，用于隔开支撑套10的热量。在外腔体1的顶板上密封安装有一个电气接头3，所述电加热棒15和压电陶瓷13的导线分别由电气接头3引出并连接至电源。

使用时，控制直线步进电机6启动带动丝杠7旋转，通过移动套筒8带动压电陶瓷13下移，使压电陶瓷13远离十字弹簧片12；然后使用电加热棒15通电对支撑套10进行加热，热量通过支撑套10和十字弹簧片12传导至MEMS微结构11，实现对MEMS微结构11的升温；当达到目标温度后，控制直线步进电机6启动，通过移动套筒8升起压电陶瓷13，使压电陶瓷13的顶面与十字弹簧片12的底面相接触，然后利用压电陶瓷13驱动电源对压电陶瓷施加一个瞬态冲击信号，根据逆压电效应，压电陶瓷在垂直方向上会产生一个瞬态冲击力，实现对MEMS微结构11的激振，之后控制直线步进电机6移动压电陶瓷，使压电陶瓷远离热源。

尽管本实用新型的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本实用新型的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本实用新型并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (7)

1.一种用于MEMS微结构动态特性测试的高温环境加载装置，其特征是：它有一个密闭的外腔体，在外腔体内底面安装有电机安装座和支撑套，电机安装座位于支撑套内的中心处，在支撑套上端圆周均布插入有多个电加热棒，在支撑套顶面的中心孔内安装有十字弹簧片，在十字弹簧片上安装有MEMS微结构；在电机安装座内吊装有直线步进电机，直线步进电机的输出轴由电机安装座穿出并与丝杠同轴连接，在丝杠上通过螺纹连接移动套筒，在移动套筒顶面设有压电陶瓷，移动套筒升起后可将压电陶瓷顶在十字弹簧片的底面。

2.根据权利要求1所述的一种用于MEMS微结构动态特性测试的高温环境加载装置，其特征是：在电机安装座上对称固定有二根垂直的限位柱，限位柱与对称设在移动套筒下端的导向孔间隙配合且分别由对应的导向孔穿出，在移动套筒下端的导向孔内分别设有与限位柱滑动配合的轴套，二根限位柱上端连接在一个法兰盘上。

3.根据权利要求1所述的一种用于MEMS微结构动态特性测试的高温环境加载装置，其特征是：所述外腔体包括一个套筒，在套筒上下端分别密封安装有顶板和底板，在顶板的中心孔内镶装有光学玻璃板。

4.根据权利要求3所述的一种用于MEMS微结构动态特性测试的高温环境加载装置，其特征是：在支撑套与底板之间设有隔热垫片，用于隔开支撑套的热量。

5.根据权利要求1所述的一种用于MEMS微结构动态特性测试的高温环境加载装置，其特征是：所述丝杠为滚珠丝杠。

6.根据权利要求1或4所述的一种用于MEMS微结构动态特性测试的高温环境加载装置，其特征是：所述支撑套为导热材料制成。

7.根据权利要求1或3所述的一种用于MEMS微结构动态特性测试的高温环境加载装置，其特征是：在外腔体的顶板上密封安装有一个电气接头，所述电加热棒和压电陶瓷的导线分别由电气接头引出并连接至电源。