TWI525411B - 加速一裝置之系統及方法 - Google Patents

Description

加速一裝置之系統及方法

所揭示之實施例大體而言係關於用於加速一受測試裝置之系統及方法，且更明確而言，係關於高度加速一MEMS加速計。

一般而言，處置器裝置係用以收納諸如積體電路(IC)裝置之裝置，向測試設備呈現此等裝置，且在測試之後卸除該等裝置。在此環境中，該等IC裝置可稱作受測試裝置或「DUT」。可基於測試之結果來分類所測試之裝置。基於測試之結果，亦可藉由燒斷該等裝置內部之熔絲來校準該等裝置。

可在一系列條件下執行測試。在一些此等狀況下，可將DUT置放於溫度、濕度及/或其他條件可受控制的一環境室內。

某些應用提出特定挑戰。舉例而言，許多現代加速計為微機電系統(MEMS)裝置，該等MEMS裝置能夠偵測高達極高範圍、大大超過重力加速度之五十倍(亦即，大於50g)的加速度。為了充分測試此等裝置，有必要在該等MEMS裝置操作時使該等MEMS裝置以受控方式經受此等加速度，且檢查由該等MEMS裝置提供之量測結果。

美國專利第7,683,608號描述用於電子組件之加速度測試的處置器。揭示一種加速裝置，其中將一DUT固持於附接至一挺桿之自由端的套上。挺桿之另一端連接至一線圈馬達，該線圈馬達在軸向上以特定頻率來回地移動該挺桿。此裝置之一缺點為需要較大力來將DUT、套及挺桿加速至足夠高之位準。相應地，馬達必須足夠大以產生此力，從而需要大量能量。另外，較大力之產生在馬達上導致高位準的應力，從而可能促進磨損及減少馬達壽命。此裝置在置於環境室中時亦可能不能恰當地發揮作用。此等約束對可達成之加速度之位準及系統的總耐久性強加實際限制。

測試加速計之另一方法利用受控碰撞。以此方法，處於設定速度之裝置經歷與硬表面或彈簧的碰撞。此方法可產生高加速度量值，但可能提供無規則的加速度曲線，可能並非可充分重複的，且可能不會產生具有足夠長的週期以充分表現裝置之特徵的曲線。

又一方法涉及將裝置安裝至一旋轉鼓上且將自離心力獲得之加速度加在該等裝置上。此方法仍需要大力矩，且若需要在不同位準及在正方向與負方向上執行測試，則此方法變得麻煩。

提供一用於處置器系統之能夠以受控、節能、可重複之方式將一裝置加速至高位準的加速裝置將為有利的。

根據本發明之一實施例，一加速裝置包括：一致動器，其經組態以在往復運動中以一所要頻率移動一質量；一座架，其經組態以固持一裝置，諸如加速計；及至少一彈簧，其將該座架連接至該質量。該致動器用以施加一力以達成共振。

該致動器可包括一音圈馬達，其中該音圈馬達包括一永久磁鐵及一電樞，且其中該電樞包括該質量之部分。

根據本發明之一態樣，該致動器對一質量施加一週期性力。該週期性力可為一正弦力。較佳地，該所施加之力與該質量之所得速度對準。

根據本發明之一態樣，該座架包括一測試插座，該裝置電連接至該測試插座。

在另一實施例中，該質量藉由至少一彈簧(諸如一或多個撓曲元件)進一步耦接至一固定表面。

在特定實施例中，該加速裝置進一步包括一處置器，以將該裝置連接至該座架及將該裝置與該座架解除連接。視情況，該處置器裝置包括圍繞該座架之一室，其中該室之條件受控制，該等條件包括溫度及濕度中之至少一者。

根據本發明之另一實施例，一種加速一裝置之方法包括：將一裝置置放於一座架上，其中該座架經由至少一撓曲件(flexure)耦接至一質量；及藉由一致動器對該質量施加一週期性力，以在往復運動中以一所要頻率移動該質量。

所揭示之實施例之此等及其他特徵、態樣及優點將自以下描述、所附申請專利範圍及在圖式中展示之隨附例示性實施例(在下文中簡要描述)變得顯而易見。

自針對上下文所提供之以下實例，將裝置加速至高位準之加速度所需的力之較大量值係明顯的。考慮將質量m加速至重力加速度g(亦即，g為約9.81 m/s²)之200倍。所需之力F(以牛頓為單位)將為質量m(以公斤為單位)之約1961 m/s²倍。下表1說明加速在0.5 kg至10.0 kg(亦即，大概為1磅至20磅)之範圍中之質量所需的力。

如表1所展示，質量m(其可包括測試固定架)上所需之力極大。相應地，使包括固定架及DUT兩者之移動質量m最小化將為有利的。DUT(特別是在DUT為MEMS或大小類似之物品時)可具有顯著小於固定架、插座等之質量。即使系統涉及同時受測試之多個MEMS裝置，該等DUT之組合質量仍可能顯著小於相關聯之固定架。

在一些應用中，可能需要不僅使DUT經受較高加速度，而且經由多個頻率之振盪運動(例如，週期性運動、諧運動)來測試DUT。以下方程式提供針對單自由度系統之隨加速度及角頻率ω(例如，圓頻率、角速度、2π×頻率f(以赫茲為單位))而變之位移x的振幅，該單自由度系統包括一耦接至一「無質量」彈簧之質量(諸如固持該DUT的固定架的質量)，該「無質量」彈簧又耦接至一固定體，其中該系統處於簡諧運動(例如，正弦運動)中。

以200g之最大加速度朝該質量之靜止位置振動，下表提供隨頻率f(以赫茲為單位)而變之位移x的一系列振幅。

根據本發明之一態樣，激勵一系統(其可包括固定架、感測器、DUT等)之質量所需之力的量係藉由將彈簧附接至該質量及以該系統的共振頻率激勵該系統而減少。故意激勵一系統以誘發共振對結構工程師而言可為違反直覺的，此係因為在結構設計中，歸因於相關聯之振動增強，通常避免共振，共振對一些系統(例如，塔科馬海峽吊橋)可為破壞性的。然而，在本文中所揭示之一些實施例中，故意誘發系統之共振且將其用來為有效率地測試處於高加速度(大約為50 g至200 g，或甚至更大之加速度)的MEMS加速計作準備。

圖1為一包括一質量m(其可用單位kg來量化)之動態系統的表示，在該質量與一固定體之間附接有一彈簧。根據一例示性實施例，該質量可包括一測試固定架，一裝置(例如，DUT、MEMS加速計、微裝置)可安裝至該測試固定架，將藉由施加力F(其可用單位N來量化)而使該裝置經受加速。雖然圖1為簡化的，但屬於圖1之系統之特徵(諸如對質量之加速度的控制)適用於本文中所揭示的其他實施例。

出於實例之目的，假設圖1之彈簧具有可以忽略的質量及根據虎克定律之線性力偏轉關係，具有恆定的彈簧率k(其可用單位N/m來量化)。另外，假設該質量為集中的(例如，集中於單一點)。彈簧之運動限於單自由度，呈一方向(例如，x方向)中之平移之形式。將系統阻尼表示為具有阻尼係數c(其可用單位N/m/s來量化)之線性黏性阻尼器。需要減少阻尼以獲得增加之效率及增幅。假設拖曳、摩擦之影響及其他損耗為可以忽略的。針對此系統之運動的方程式為：

其中為速度，而F(t)為隨時間而變之驅動力。或者：

其中ζ為無因次阻尼因數(例如，阻尼比，亦即阻尼係數c除以k與m之乘積之根的兩倍)，且ω _n 為自然頻率(rad/s)。在阻尼可以忽略時，自然頻率大致為系統之共振頻率，其中該系統易於在動能模式與位能模式之間轉移能量。

出於上下文之目的，圖2為展示圖1的系統在共振時之激勵之數值模擬的圖，其基於以下假設：

ω _n =3142 rad/s，

ζ=0.05，

若，則=160 N/kg，且

若<0，則=-160 N/kg。

因而，驅動力F(t)與速度向量對準以激勵該系統。

在一些實施例中，可使驅動力F(t)與速度向量相反以迅速制動該系統，以便允許在各測試之間快速替換DUT。圖16比較在藉由施加與速度向量相反之力F(t)而具有制動之情況下與無主動制動之情況下系統的回應。如同施加驅動力以達成共振的演算法，在其他實施例中可使用不同制動演算法。

歸因於真實世界系統之組件內的因素(諸如摩擦損耗、彈簧質量、質量(例如，固定架)之彈性、不精確尺寸(例如，有限容限)及其他因素)，可能難以僅基於振動理論來預測共振頻率。然而，根據振動理論對真實世界系統之理想化版本之自然頻率的計算可用以提供對共振頻率之近乎正確的估計。接著，若監測速度且控制驅動力F(t)之方向以使其與速度對準，則可在不知道準確值的情況下激勵真實世界系統之共振頻率ω _n 。另外，若共振頻率歸因於質量、彈簧條件等的改變而改變，則使激勵力與速度向量對準之演算法自動補償該改變。

圖2中所展示之模擬的結果指示，在共振時達成圖1之系統之相關聯的加速度所需的激勵力顯著小於在無共振之情況下所需的力(如表1中所展示)。具體而言，根據上文所提供之模型的假設(例如，ζ=0.05)，所需之激勵力小於用於非共振實例之力的量的1/10。

在根據圖1之系統的一些實施例中，可藉由對m施加一正弦力F(t)來激勵該系統。然而，用於達成共振之頻寬在此實施例中較窄。因此，可能宜追蹤速度。

圖3說明根據本發明之另一實施例的系統。同樣，該系統係針對上下文簡化的，但包括本文中所揭示之其他實施例的特徵。在圖3中，質量m ₂表示固定架及一裝置(且可能為多個測試裝置)(諸如一DUT，該DUT將附著至諸如測試插座之座架)之質量。質量m ₁表示該系統之另一設備的質量，m ₂經由撓曲件(例如，樑、樑之排列、彈簧)耦接至m ₁。根據一例示性實施例，質量m ₁包括馬達之運動部分(例如，音圈、螺線管、步進馬達、挺桿)。與直接激勵固定架(需要將馬達之運動部分直接連接至載有該DUT之固定架)的技術形成對比，在圖3之實施例中，包括馬達之質量m ₁ 與包括固定架之質量m ₂ 分離。

如圖3中所說明，質量m ₂容納於環境室中，例如，與處置器裝置相關聯之環境室，該處置器裝置用以控制DUT在測試期間經歷之條件(諸如溫度、濕度等)。圖3之組態藉由僅將需要在環境室內部以用於環境受控測試之彼等組件置於環境室內來簡化用於環境受控測試的裝配件。在一些實施例中，此可允許敏感組件(諸如馬達)駐留於在環境室內可能為嚴苛的條件外部。

根據一例示性實施例，環境室可圍繞或容納質量m ₂而不圍繞或容納系統之其他部分。因此，在環境室之體積較小、較集中的情況下，該環境室與較大環境室相比而言對測試參數(例如，溫度、濕度、氣體組合物、光)之改變可能更敏感。此外，相對於包封整個系統之較大環境室，可使用較少能源資源來控制該環境室中之條件。

在預期實施例中，該環境室圍繞質量m ₂，且彈簧穿過該環境室中之一孔隙。在一些實施例(諸如使用可撓性樑(例如，如圖8中所展示之撓曲件210a、210b)作為彈簧之實施例)中，該孔隙定位於可撓性樑上方(其中在該等可撓性樑的目標共振模式期間，該等可撓性樑的偏轉大致為零)，諸如在一在第二或第三共振模態中彎曲之懸臂樑之零偏轉節點上方。

在預期實施例中，彈簧部件縱向偏轉，諸如彈性樑之軸向偏轉。僅圍繞質量m ₂之環境室包括一孔隙，彈簧部件經由該孔隙延伸至質量m ₂。該孔隙經設定大小以在樑周圍具有緊密容限，以容納該孔隙與該樑之間的空間。該孔隙可進一步包括經設計以減少該樑與該孔隙之間的摩擦之低摩擦軸承。在其他預期實施例中，其他環境室組態用以僅圍繞質量m ₂。在再其他預期實施例中，較大環境室用以圍繞質量m ₁及質量m ₂兩者，但不圍繞馬達。可在環境室之孔隙與馬達之輸出軸之間使用墊片。且在又其他預期實施例中，不使用環境室，或環境室圍繞整個系統。

仍參看圖3，在理想狀況下，使固定體與質量m ₁ 之間的彈簧之彈簧率k ₁ 儘可能接近零(例如，未附接)將為有利的，但實務上此裝配件可能會偏移。

圖4呈現圖3之系統之又一簡化說明。William T. Thomson所著的名為振動理論與應用(Theory of Vibration with Applications)(第二版)的正文，名為強制諧振動(Forced Harmonic Vibration)的章節5.3(以引用之方式併入本文中)提供關於具有由彈簧連接的兩個質量之一系統的振動之資訊，但該系統不等同於圖4之系統。針對圖4之系統之運動的方程式(其可用以求出模態)如下：

其中下標表示質量，且其可以矩陣形式重寫為：

為找到此系統之自然頻率及特徵向量，假設為諧運動，其中=-ω² x，且方程式7可呈現為齊次二階線性微分方程式(例如，在自由振動中，無驅動力F ₁、F ₂)：

其中，若矩陣之行列式等於零(零驅動力F ₁、F ₂)，則此方程式有兩個根：

若且，則方程式9得出：

注意，存在兩個自然頻率ω₁及ω₂，其中ω₁大於ω₂。

以下方程式可用來求出對應於自然頻率ω₁之彈簧率k ₂：

可根據方程式8定義與每一頻率相關聯之特徵向量(模態，亦即m ₁位移對m ₂位移之比)：

(方程式12)　((k ₁+k ₂)-m ₁ )x ₁-k ₂ x ₂=0，

其亦可寫成：

為了稍後定義阻尼矩陣中之振幅，相對於質量矩陣正規化向量：

使用方程式(11)及(12)得出：

圖5表示相同系統但考慮阻尼。假設阻尼矩陣與剛度矩陣成比例(亦即，C K)，則將運動之方程式定義為：

針對第一模式(在ω₁)定義一阻尼值ζ，可針對該模式使用正規化向量且可對以下方程式求解：

其得出：

其亦可寫成：

數值上，來自方程式(14)之矩陣的方程式可求解為：

考慮到以下假設：f=100 Hz(或ω₁=628.3 rad/s)，m₂=1 kg，β=2.0，α=0.125，及ζ=0.05，k ₂=259,484 N/m，k ₁=32,436 N/m，m ₁=2 kg，ω₂=103.2 rad/s(16.43 Hz)，則以上方程式得出ω₁=628.3 rad/s時之正規化向量：

及ω₂=103.2 rad/s(16.43 Hz)時之正規化向量：

其對應於兩個共振模態。

注意，在對應於ω₁之第一向量中，x ₂的運動與x ₁的運動為異相的，且x₂之振幅幾乎為x₁之振幅的雙倍，而在對應於ω₂之第二向量中，x ₁及x ₂之運動彼此為同相的。此允許施加激勵力以達成與ω₁相關聯之振動模式而不激勵與ω₂相關聯之模式。根據一例示性實施例，將m ₁處之力定義為與m ₂之速度在相反方向上，以使得：

若 0，則F₁=470 N，

若>0，則F₁=-470 N，且

F₂=0，

針對ζ=0.05，c ₂=41.3(Ns/m)，及c ₁=5.16(Ns/m)。

此模擬之結果展示於圖6中且指示圖5之簡化系統在理論上藉由對另一質量(其可為在環境室外部的質量)施加力來激勵第一質量(諸如在該環境室內部的質量)之能力，其中該等質量藉由彈簧而彼此耦接。在該實例中，在速度之方向上施加激勵力。

在各種預期實施例中，可施加量值與速度、加速度或位移之量值成比例的激勵力。在其他預期實施例中，該力可為在速度向量之方向上在每一週期內以一或多個間隔直接施加的恆定量值。在再其他預期實施例中，可以正弦方式施加該力，其中頻率隨系統之共振頻率而變。

參看圖7，根據本發明之實施例之加速裝置100(例如，搖動器)包括一固定架102(例如，支撐件、桌面)，該固定架102收納待經受加速的裝置104(例如，DUT、MEMS加速計、微裝置)。將理解，在此應用中，裝置104可藉由或藉由導線經由一插座與一測試單元電子連接。另外，雖然此簡化圖中未展示，但固定架102及裝置104可容納於一處置器裝置之一環境室內(參見例如圖3中所展示的環境室)。該處置器裝置可用以將裝置104置於該室內且在測試之後卸除裝置104。

根據本發明之至少一實施例，固定架102係藉由一對撓曲件108a及108b連接至質量106。撓曲件108a及108b可包含允許在所要頻率範圍內的往復運動的任何合適材料。在一實施例中，已使用1095回火鋼，其具有為207 Gpa之楊氏模量，且每一撓曲件具有為66,060 N/m之彈簧率(k ₂)。組合之撓曲件108a及108b允許單一方向(正方向及負方向)上的運動。

在此實例中，質量106經由第二對撓曲件110a及110b耦接至一固定的安裝平台112。此等撓曲件亦可包含允許在所要頻率範圍內的往復運動的合適材料。在上文所述之實例中，下部撓曲件利用相同材料(回火鋼)但具有實質上較低之彈簧率(k ₁)7,484 N/m。在其他預期實施例中，卸除下部撓曲件且質量106在平台上移動。軌道中之滾輪或軸承可用以減少摩擦損耗，同時仍精確地約束質量106之移動以防止偏移。

根據一例示性實施例，一致動器用以對質量106施加驅動力，以使得質量106在往復運動(振盪運動、週期性運動、諧運動)中移動。在此實例中，該致動器包含無軸承馬達，諸如音圈馬達114。在一些此等實施例中，馬達電樞(亦即，線圈)附接至質量106。馬達外殼含有附接至一可調x-y台(例如，在此狀況下在y及z方向上調整)的磁鐵，以使得馬達114外殼之軸線可與線圈之軸線對準。

在操作中，待測試之裝置104附著至固定架102。可藉由手或藉由自動化處置器系統來置放裝置104。如上所述，固定架102可容納於環境室內。

在圖7中所展示之實例中，藉由施加週期性信號(諸如正弦信號)而產生通過線圈的週期性電流。此可經組態以導致質量106以第一頻率做往復運動。此運動導致經由撓曲件108a及108b對固定架102施加一力。因此，類似於關於圖5所提供之實例，固定架102亦以該第一頻率移動但與質量106異相，該實例包括如下所描述的模式：

使用理論模型可提供共振頻率之大致估計，且可接著調整所施加信號之頻率以判定真實世界系統的共振頻率，在該共振頻率下固定架之位移量值處於最大值。額外裝置(諸如與裝置104具有相似的質量及幾何形狀之裝置)可以相同頻率經受加速。

將理解，操作條件之變化可導致共振頻率之改變。舉例而言，溫度改變可影響撓曲件之長度或剛度。可藉由監測固定架之位移及調整所施加信號之頻率來達成校準。在一些實施例中，可由系統之人類操作員進行校準。系統之質量可隨DUT之不同類型或數目而改變。

根據預期實施例，可藉由系統之自動化調諧演算法(其藉由改變致動器的驅動頻率而反覆)，及使用數值方法(例如，對分法、牛頓法、正割法)找到對應於最大位移或對應於指示共振頻率之另一參數(例如，達成穩定狀態回應曲線所需的最小輸入能量)的頻率，來判定測試系統的共振頻率。共振頻率之先前判定以及理論運算(例如，圖5之模型)可用作自動化調諧方法之起點或用以導引自動化調諧方法。

圖8說明根據本發明之一替代性實施例的加速裝置200。在此系統中，固定架202及裝置204經由撓曲件208a及208b附接至質量206。質量206經由下部撓曲件210a及210b附接至固定基準。下部撓曲件210a及210b之部分具有沙漏形狀，該沙漏形狀可最佳化撓曲件210a及210b中之應力分佈。包含無軸承馬達之致動器對質量206施加週期性力。此組態具有較低垂直剖面且可有利地關於處置器系統來使用。

將瞭解，雖然圖7至圖8中所說明之實施例包括x-y台以促進致動器的對準，但可能不必包括此組件。

圖9說明另一實施例，其中不需要x-y台。在此實施例中，共同組成質量m ₂之固定架及裝置經由具有彈簧常數k ₂之一對撓曲件附接至質量m ₁。質量m ₁經由具有彈簧常數k ₁之下部撓曲件附接至一固定基準(基底)。第三質量m ₃經由具有彈簧常數k ₃之第二對撓曲件附接至該固定基準。在此實施例中，描繪為質量m ₃之馬達對m ₁施加一力，其導致固定架及裝置的振盪。此處，將選擇彈簧常數k ₃及m ₃以導致位移x ₃之值相對小且至基底的傳遞性極小。如在虛線中所說明，質量m ₂可定位於環境室內。William T. Thomson之名為振動理論與應用(Theory of Vibration with Applications)(第二版)的正文，名為振動隔離(Vibration Isolation)的章節3.6(以引用之方式併入本文中)提供關於傳遞性的資訊。

具有恆定橫截面之各向同性撓曲件的彈簧率k咸信大致為：撓曲件之材料的彈性模數與撓曲件之橫截面面積之慣性力矩的乘積之十二倍除以撓曲件之長度之立方。因而，可藉由改變撓曲件之長度調整撓曲件之剛度。根據預期實施例，可藉由使撓曲件相對於緊固點而滑動以改變撓曲件之有效長度來調整本文中所揭示之系統的共振頻率。可將共振頻率調諧至用於測試一給定DUT之所要頻率。

將理解，其他變化係可能的。舉例而言，可在測試固定架中之裝置與測試裝置之間使用無線通信來代替有線連接。或者，在測試期間可將測試資料記錄及儲存於固定架上，接著隨後由電腦接收該資料以用於測試之後的分析。在一些預期實施例中，DUT可具有一個以上加速計併入於其中。舉例而言，3軸加速計可具有三個感測器，該等感測器沿著彼此垂直之軸線量測加速度。可能需要使DUT經受刺激以使得此等加速計中之兩者或兩者以上同時被測試。此可藉由將第二致動器附接至與第一致動器垂直定向之系統，且藉由使用能夠在多個方向上撓曲的彈簧部件(例如，可撓性桿)來實現。激勵DUT上之多個加速計之另一方法為，將DUT安裝成該DUT的軸線與安裝有該DUT的平台之運動成角度。舉例而言，若將在兩個軸線上同等地激勵該DUT，則將該DUT安裝成相對於該平台之運動旋轉了45°，從而導致激勵量值為在兩個軸線上之原始激勵之0.707倍。可擴展此方法以用於三個軸線上之激勵。

現參看圖10，加速裝置310包括基底裝配件312、對準裝配件314及質量裝配件316。對準裝配件314及質量裝配件316藉由撓曲件318、320緊固至基底裝配件312。根據一例示性實施例，與對準裝配件314相關聯之撓曲件318的剛性小於與質量裝配件316相關聯之撓曲件320的剛性，其將隔離自馬達322至下部平台328所誘發之力。對準裝配件314包括經組態以使軸324振盪之致動器322，軸324在對準裝配件314與質量裝配件316之間延伸。至少部分歸因於撓曲件318、320之剛度差異，質量裝配件316回應於來自致動器322之在共振頻率下的振盪而提供大部分運動。

根據一例示性實施例，質量裝配件316包括固定架326(例如，平台)，其經由額外撓曲件330安裝至下部平台328。下部平台328之振盪經由撓曲件330轉移至固定架326，從而搖動固定架326。在一些實施例中，由致動器322提供之振盪頻率經調諧以在固定架326之運動的振幅最大時誘發共振回應。此回應引起固定架326以與質量裝配件316之下部平台328相比而言以大得多的量值加速。

參看圖11至圖12，對準裝配件314包括經由撓曲件318緊固至板334之相對面板332，板334緊固至圓筒336。緊固至圓筒336之板334可為正方形，且可焊接至圓筒336。在其他實施例中，可使用其他形狀之板或其他支撐件。在圓筒336內，對準裝配件314包括致動器338，致動器338包括具有環342(例如，鎖定環)之一磁鐵340(例如，永久磁鐵)及一音圈344(圖13)。

參看圖13，致動器338與磁鐵340及環342整合。根據一例示性實施例，磁鐵340經組態以提供一場，音圈344在該場內操作以經由軸324(圖10)對質量裝配件316施加力。參看圖13至圖14，對準裝配件314進一步包括調整元件的一陣列，其呈固定螺釘346之形式。可藉由調整螺釘346以使環342移動來實現致動器的微調(例如，墊補法)，該微調又移動音圈344以將藉此提供之力導向於所要方向上。若DUT之移動發生於x方向上，則該音圈可關於繞y方向及z方向之旋轉與該DUT對準。

參看圖15，一加速裝置410(例如，測試系統)包括經組態以使質量m ₁之平台414振盪的馬達412。質量m ₁之平台414之振盪又使質量m ₂的平台416振盪。平台414、416對馬達412所提供之負載之回應受以下各者影響：在平台414、416之間的彈簧418之剛度k ₂、在平台416與固定表面422之間的彈簧420之剛度k ₁，及在馬達412與固定表面422之間的彈簧424之剛度k ₃。

耦接(以物理方式或其他方式)至平台414、416之加速計426、428提供與各別平台414、416之感測加速計相關聯的信號。或者，或除此之外，其他感測器(諸如位置感測器430、432)亦可用以感測平台414、416之位置。加速度之整合或相對於時間之位置差別可由控制電路434用來提供平台416的速度。

可接著藉由相移模組436基於提供給馬達412以用於其操作的信號而偏移平台416之速度(其可呈振盪頻率之形式)，以使得馬達412在與平台414之速度相同之方向上推動。可接著提供該信號給比較器438以比較該信號與零。比較器438之輸出(例如)可在該信號每次自正速度通過零變為負速度時改變極性，且反之亦然。可接著藉由增益控制模組440(例如，自動增益控制)調整來自比較器438之信號，以將信號強度調整為由馬達驅動放大器442接收所必需。馬達驅動放大器442接著提供該控制信號給馬達412，且進一步提供由相移模組436接收之信號。

精通此項技術者將瞭解，在本發明之範疇及精神內可存在其他實施例及修改。相應地，精通此項技術者可由本發明得到之在本發明之範疇及精神內的所有修改將包括為本發明之其他實施例。以下申請專利範圍及其等效物之範疇意欲涵蓋此等實施例、修改及替代設計。

100．．．加速裝置

102．．．固定架

104．．．裝置

106．．．質量

108a．．．撓曲件

108b．．．撓曲件

110a．．．撓曲件

110b．．．撓曲件

112．．．固定的安裝平台

114．．．音圈馬達

200．．．加速裝置

202．．．固定架

204．．．裝置

206．．．質量

208a．．．撓曲件

208b．．．撓曲件

210a．．．下部撓曲件

210b．．．下部撓曲件

310．．．加速裝置

312．．．基底裝配件

314．．．對準裝配件

316．．．質量裝配件

318．．．撓曲件

320．．．撓曲件

322．．．致動器/馬達

324．．．軸

326．．．固定架

328．．．下部平台

330．．．撓曲件

332．．．面板

334．．．板

336．．．圓筒

338．．．致動器

340．．．磁鐵

342．．．環

344．．．音圈

346．．．調整螺釘

410．．．加速裝置

412．．．馬達

414．．．平台

416．．．平台

418．．．彈簧

422．．．固定表面

424．．．彈簧

426．．．加速計

428．．．加速計

430．．．位置感測器

432．．．位置感測器

434．．．控制電路

436．．．相移模組

438．．．比較器

440．．．增益控制模組

442．．．馬達驅動放大器

圖1為包括一固定架之系統的動態表示，該固定架附接有彈簧及阻尼器；

圖2為展示圖1之系統在共振時之數值模擬的結果的圖；

圖3為包括一固定架之系統之動態表示，該固定架藉由撓曲件連接至附接有彈簧的質量；

圖4為圖3之系統之替代表示；

圖5為圖4之系統之表示，其進一步包括阻尼；

圖6為展示圖5之系統在共振時之數值模擬的結果的圖；

圖7為根據本發明之一實施例之加速裝置的示意性說明；

圖8為根據本發明之一替代實施例之加速裝置的示意性說明；

圖9說明根據本發明之加速裝置的又一實施例；

圖10為根據本發明之一例示性實施例之加速裝置的透視圖；

圖11為用於圖10之加速裝置之致動器的透視圖；

圖12為圖11之致動器的分解圖；

圖13為圖11之致動器的前視圖；

圖14為沿著圖11中所展示之線14-14所截取之圖11的致動器的截面圖；

圖15為用於根據本發明之加速裝置之反饋系統的示意圖；及

圖16為展示圖5之系統在制動時之數值模擬的結果的圖。

100．．．加速裝置

102．．．固定架

104．．．裝置

106．．．質量

108a．．．撓曲件

108b．．．撓曲件

110a．．．撓曲件

110b．．．撓曲件

112．．．固定的安裝平台

114．．．音圈馬達

Claims (26)

1. 一種加速系統，其包含：一致動器，其經組態以在一往復運動中以在一共振頻率移動一質量，其中該致動器經組態以施加一力至該質量；一座架，其經組態以固持一裝置；至少一撓曲元件，其將該座架連接至該質量；一相移模組，其控制該致動器以使得在該系統激勵時，該力僅在大致相同於該質量的一速度之方向的一方向上施加。
2. 如請求項1之加速系統，其中該致動器包含一音圈馬達。
3. 如請求項2之加速系統，其中該音圈馬達包括一永久磁鐵及一電樞，且其中該電樞包含該質量之部分。
4. 如請求項2之加速系統，其中該音圈馬達包括一永久磁鐵及一電樞，且其中該永久磁鐵為該質量之部分。
5. 如請求項1之加速系統，其中該座架包括一測試插座，該裝置電連接至該測試插座。
6. 如請求項5之加速系統，其中該裝置為一加速計裝置。
7. 如請求項1之加速系統，進一步包含將該質量連接至一固定表面的至少一額外撓曲元件。
8. 如請求項1之加速系統，其中該至少一撓曲元件包含一對撓曲元件。
9. 如請求項1之加速系統，其進一步包含一處置器，其經 組態以將該裝置連接至該座架及將該裝置與該座架解除連接。
10. 如請求項9之加速系統，進一步包含圍繞該座架之一室，其中該室內的條件受控制，該等條件包括溫度及濕度中之至少一者。
11. 如請求項1之加速裝置，其中該致動器經組態以對該質量施加一正弦力。
12. 如請求項1之加速系統，其中該加速系統具有至少兩個共振頻率。
13. 如請求項1之加速系統，其中該相移模組控制該致動器以使得在該系統制動時，該力僅在大致相反於該質量的一速度之方向的一方向上施加。
14. 一種加速一裝置之方法，其包含：提供一包含一座架、一質量、至少一撓曲元件及一致動器的加速系統；將該裝置置放於該座架上，該座架經由該至少一撓曲元件耦接至該質量；及藉由該致動器對該質量施加一力，以在一往復運動中以一所要共振頻率移動該質量，其中在該系統激勵時，該力僅在大致相同於該質量的一速度之方向的一方向上施加。
15. 如請求項14之方法，其中該致動器包含一音圈馬達。
16. 如請求項15之方法，其中該音圈馬達包括一永久磁鐵及一電樞，且其中該電樞包含該質量之部分。
17. 如請求項15之方法，其中該音圈馬達包括一永久磁鐵及一電樞，且其中該永久磁鐵為該質量之部分。
18. 如請求項14之方法，其中該座架包括一測試插座，且置放該裝置包括將該裝置電連接至該測試插座。
19. 如請求項18之方法，其中該裝置為一加速計裝置。
20. 如請求項14之方法，其中該質量經由至少一額外撓曲元件進一步耦接至一固定表面。
21. 如請求項14之方法，其中該至少一撓曲元件包含一對撓曲元件。
22. 如請求項14之方法，其中該置放包括將該裝置插入至一測試插座中，該測試插座藉由一處置器裝置附接至該座架。
23. 如請求項14之方法，其中該置放包括將該裝置置放於圍繞該座架之一室內，且進一步包含控制該室內的環境條件，該等條件包括溫度及濕度中之至少一者。
24. 如請求項14之方法，其中施加至該質量之該力為一正弦力。
25. 如請求項14之方法，其中該加速系統具有至少兩個共振頻率。
26. 如請求項14之方法，其中在該系統制動時，該力僅在大致相反於該質量的一速度之方向的一方向上施加。