RU2377509C1 - Способ измерения резонансных частот - Google Patents
Способ измерения резонансных частот Download PDFInfo
- Publication number
- RU2377509C1 RU2377509C1 RU2008139222/28A RU2008139222A RU2377509C1 RU 2377509 C1 RU2377509 C1 RU 2377509C1 RU 2008139222/28 A RU2008139222/28 A RU 2008139222/28A RU 2008139222 A RU2008139222 A RU 2008139222A RU 2377509 C1 RU2377509 C1 RU 2377509C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- mems
- measurement
- controlled
- light source
- line
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)
- Micromachines (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для контроля качества микромеханических элементов. Способ измерения резонансных частот МЭМС, включающий закрепление МЭМС на подвижной части вибростенда, которая приводится в колебательное движение с переменной частотой, излучение от линейного источника света направляется на МЭМС, причем ось вдоль длинной стороны линейного источника света параллельна оси поворота МЭМС, контролируется отраженное изображение в виде линии, при этом момент резонанса фиксируется по максимальной величине ширины линии, отраженной от контролируемого МЭМС. Технический результат - повышение точности контроля МЭМС элементов, уменьшение времени измерения. 2 ил.
Description
Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для контроля качества микромеханических элементов, например, акселерометров, гироскопов, микрозеркал, датчиков давления и других устройств.
Так как размеры элементов (торсионы, подвесы) МЭМС, определяющие основные характеристики, а именно чувствительность и резонансную частоту, составляют величину от единиц до десятков микрон, то визуальный контроль размеров обладает очень низкой точностью, поэтому для контроля используется интегральный параметр, а именно резонансная частота подвижного (чувствительного) элемента МЭМС. Следует отметить, что подобный контроль необходимо проводить на этапах производства структур для отслеживания воздействий процессов на характеристики и качество МЭМС, что возможно только бесконтактным способом.
Известны способы, позволяющие определять критические частоты конструкций (резонансные колебания) [1, 2, 3].
Известный способ [1] определения резонанса конструкции с использованием емкостных вибропреобразователей, в котором испытуемое изделие является подвижной обкладкой воздушного конденсатора, неподвижной обкладкой которого является искусственный электрод. Устройство, реализующее данный способ, состоит из вибростенда, на котором закреплен испытуемый элемент, искусственного электрода и измерительной системы. При вибрации изделия расстояние от него до искусственного электрода меняется, следовательно, меняется емкость, что фиксируется измерительной системой.
К достоинству способа следует отнести бесконтактное дистанционное измерение перемещений (вибрации). Недостатком является возможность измерения только токопроводящих изделий и деталей площадью не менее 30 мм2, а также достаточно длительный процесс установки искусственного электрода.
Известный способ [2] реализуется устройством, состоящим из полупроводникового лазера, оптической системы, необходимой для формирования изучения и приема отраженного оптического сигнала. Гетеродинование отраженного сигнала с лазерным излучением и выделение разностного сигнала, пропорционального амплитуде вибрации точки, на которую падает излучение, позволяет определить критическую частоту.
К достоинствам способа следует отнести бесконтактное дистанционное измерение перемещений (вибрации) контролируемой точки поверхности, на которую падает лазерное излучение. Недостатком является очень высокая стоимость и относительно низкий динамический диапазон входного сигнала, большое время измерения и возможность единовременно измерять только один объект, что делает их малопригодными для контроля качества МЭМС в условиях производства.
Наиболее близким по своей технической сущности является способ [3], реализуемый устройством, содержащим генератор, регулятор амплитуды, усилитель мощности, вибростенд с установленным на нем испытуемым объектом, на котором закреплены вибропреобразователи, выходы которых подключены к измерительной системе. С помощью генератора возбуждается электромагнитный вибратор, подвижная часть которого приходит в колебательное движение, а с помощью вибропреобразователя (акселерометр и др.) и измерительной системы происходит измерение колебаний точки, на которой он закреплен. При подходе к резонансу амплитуда системы сильно возрастает, находится максимум и фиксируется значение частоты, при которой он был достигнут. Недостатком данного способа является большая погрешность измерения из-за дополнительной массы (закрепленной на исследуемом элементе) и невозможность контролировать кремниевые пластины с элементами МЭМС в процессе изготовления.
Задачей предлагаемого способа является повышение точности контроля и уменьшение времени измерения МЭМС элементов.
Для достижения поставленной задачи в способе измерения резонансных частот МЭМС, включающем закрепление МЭМС на подвижной части вибростенда, которая приводится в колебательное движение с переменной частотой, излучение от линейного источника света направляется на МЭМС, причем ось вдоль длинной стороны линейного источника света параллельна оси поворота МЭМС, контролируется отраженное изображение в виде линии, при этом момент резонанса фиксируется по максимальной величине ширины линии, отраженной от контролируемого МЭМС.
Таким образом, использование излучения линейного источника света, ось вдоль длинной стороны которого параллельна оси поворота МЭМС, реализует бесконтактное измерение резонансной частоты одновременно нескольких МЭМС, что повышает точность и уменьшает время измерения. Следует отметить, что цена люминесцентной лампы с диафрагмой, являющейся источником излучения, составляет менее 0.1% стоимости остального оборудования, что выгодно отличает от других бесконтактных методов контроля резонансной частоты.
Изобретение иллюстрируется графическими материалами, где изображено:
фиг.1 - общая схема устройства, реализующего способ, где:
1 - генератор,
2 - регулятор амплитуды,
3 - усилитель мощности,
4 - вибростенд,
5 - подвижная часть,
6 - МЭМС,
7 - источник света,
8 - свет,
9 - оператор.
Фиг.2 - фотография пластины с исследуемыми МЭМС, где:
1 - МЭМС элементы, близкие к резонансу,
2 - МЭМС элемент в резонансе,
3 - МЭМС элементы, далекие от резонанса,
4 - оснастка для фиксации кремниевых пластин.
Способ измерения резонансных частот МЭМС реализуется устройством (фиг.1), содержащим генератор 1, регулятор 2 амплитуды, усилитель 3 мощности, вибростенд 4, на подвижной части 5 которого закреплен МЭМС 6 и линейный источник света 7. Источник света расположен так, что индикатриса излучения источника проходит через МЭМС, при этом ось вдоль длинной стороны линейного источника света параллельна оси поворота чувствительного элемента МЭМС, а сам источник света состоит из люминесцентной лампы и линейной диафрагмы. Излучение 8 от линейного источника света 7 направляется на МЭМС 6, причем ось вдоль длинной стороны линейного источника света параллельна оси поворота МЭМС, при этом контролируется оператором 9 отраженное изображение в виде линии. По мере приближения к резонансной частоте отраженная от МЭМС линия расширяется на плоскости исследуемого объекта (фиг.2). По достижении максимальной величины расширения линии снимаются показатели генератора 1.
Предложенный способ измерения резонансных частот заключается в следующем: МЭМС закрепляется на подвижной части вибростенда, которая приводится в колебательное движение с переменной частотой. Излучение от линейного источника света направляется на МЭМС, причем ось вдоль длинной стороны линейного источника света параллельна оси поворота МЭМС. Контролируется отраженное изображение линейного источника в виде линии, при этом момент резонанса фиксируется по максимальной величине ширины линии, отраженной от контролируемого МЭМС.
Для проверки данного способа было собрано опытное устройство определения резонансных частот МЭМС, состоящее из генератора Tektronix AFG3021, усилителя Brüel & Kjær Type 2718, вибратора Brüel & Kjær Type 4809, на котором закреплена оснастка для фиксации кремниевых пластин (фиг.2) с МЭМС элементами, люминесцентной лампы и закрепленной на ней линейной диафрагмой.
Источники информации
1. ГОСТ РВ 20.57.416-98.
2. Патент US 5883715.
3. Патент РФ 2025684 - прототип.
Claims (1)
- Способ измерения резонансных частот МЭМС, включающий закрепление МЭМС на подвижной части вибростенда, которая приводится в колебательное движение с переменной частотой, отличающийся тем, что излучение от линейного источника света направляется на МЭМС, причем ось вдоль длинной стороны линейного источника света параллельна оси поворота МЭМС, контролируется отраженное изображение в виде линии, при этом момент резонанса фиксируется по максимальной величине ширины линии, отраженной от контролируемого МЭМС.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2008139222/28A RU2377509C1 (ru) | 2008-10-03 | 2008-10-03 | Способ измерения резонансных частот |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2008139222/28A RU2377509C1 (ru) | 2008-10-03 | 2008-10-03 | Способ измерения резонансных частот |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2377509C1 true RU2377509C1 (ru) | 2009-12-27 |
Family
ID=41643090
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2008139222/28A RU2377509C1 (ru) | 2008-10-03 | 2008-10-03 | Способ измерения резонансных частот |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2377509C1 (ru) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2509292C1 (ru) * | 2012-10-16 | 2014-03-10 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский университет "МИЭТ" (МИЭТ) | Устройство измерения резонансных частот и добротности подвижных элементов микромеханических устройств |
| RU2536325C2 (ru) * | 2013-02-05 | 2014-12-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Пензенский государственный университет" (ФГБОУ ВПО "Пензенский государственный университет") | Способ определения спектральных колебательных характеристик конструктивных элементов рэс и установка для его реализации |
| RU2582902C1 (ru) * | 2014-12-17 | 2016-04-27 | Открытое акционерное общество "Центральный научно-исследовательский институт "Электрон" | Способ индикации резонансных частот |
| US20170285327A1 (en) * | 2016-03-30 | 2017-10-05 | Stmicroelectronics Ltd | Method for controlling position of a linear mems mirror with variable resolution and/or light intensity |
-
2008
- 2008-10-03 RU RU2008139222/28A patent/RU2377509C1/ru not_active IP Right Cessation
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2509292C1 (ru) * | 2012-10-16 | 2014-03-10 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский университет "МИЭТ" (МИЭТ) | Устройство измерения резонансных частот и добротности подвижных элементов микромеханических устройств |
| RU2536325C2 (ru) * | 2013-02-05 | 2014-12-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Пензенский государственный университет" (ФГБОУ ВПО "Пензенский государственный университет") | Способ определения спектральных колебательных характеристик конструктивных элементов рэс и установка для его реализации |
| RU2582902C1 (ru) * | 2014-12-17 | 2016-04-27 | Открытое акционерное общество "Центральный научно-исследовательский институт "Электрон" | Способ индикации резонансных частот |
| US20170285327A1 (en) * | 2016-03-30 | 2017-10-05 | Stmicroelectronics Ltd | Method for controlling position of a linear mems mirror with variable resolution and/or light intensity |
| US10642025B2 (en) * | 2016-03-30 | 2020-05-05 | Stmicroelectronics Ltd. | Method for controlling position of a linear MEMS mirror with variable resolution and/or light intensity |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US9228916B2 (en) | Self calibrating micro-fabricated load cells | |
| US8826742B2 (en) | Pressure sensor using MEMS resonator | |
| JP5409912B2 (ja) | 高い機械的品質係数を有する低振動数折り畳み振り子及びそのような折り畳み振り子を用いた地震センサ | |
| JP5110796B2 (ja) | キャリブレ−ション機能付きヘルスモニタリングシステム | |
| RU2377509C1 (ru) | Способ измерения резонансных частот | |
| JP2010286477A (ja) | ジャイロスコープおよび回転検出方法 | |
| US5303578A (en) | Rheometer | |
| Petitgrand et al. | Simultaneous mapping of out-of-plane and in-plane vibrations of MEMS with (sub) nanometer resolution | |
| CN105606083A (zh) | 一种外支撑四质量块mems谐振式陀螺仪 | |
| Lawrence et al. | MEMS characterization using laser Doppler vibrometry | |
| Xiong et al. | A novel bulk micromachined gyroscope with slots structure working at atmosphere | |
| EP3338097A1 (en) | Determining interaction forces in a dynamic mode afm during imaging | |
| Epp et al. | A base excitation test facility for dynamic testing of microsystems | |
| JP2022089789A (ja) | 内蔵型試験アクチュエータを有するｍｅｍｓ振動ビーム加速度計 | |
| JPH10510620A (ja) | 共振センサ | |
| RU2628737C1 (ru) | Установка для определения динамических характеристик низкомодульных полимерных материалов | |
| Larsson et al. | Simple method for quality factor estimation in resonating MEMS structures | |
| RU2652639C1 (ru) | Способ определения коэффициентов модели кельвина-фойгта для клеевого соединения микромеханического резонатора с основанием | |
| JPH10332504A (ja) | 圧力センサ | |
| US20240182293A1 (en) | Micro-Electromechanical System | |
| RU2509292C1 (ru) | Устройство измерения резонансных частот и добротности подвижных элементов микромеханических устройств | |
| US11905165B2 (en) | System and method of continuous, vibration-less, and bi-directional MEMS mirror motion via periodic driving force for rapid data acquisition | |
| WO2010121846A1 (en) | Method and inspection system for testing of micro fabricated structures | |
| US20070151341A1 (en) | Device and method for measuring flexural damping of fibres | |
| Hahtela et al. | Non-tilting out-of-plane mode high-Q mechanical silicon oscillator |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20161004 |