基于相移显微干涉和面内补偿的MEMS离面运动测试

摘要

MEMS动态测试技术是MEMS测试技术的重要组成部分，是目前国内外的研究热点之一。常用的MEMS动态测试系统多基于光学干涉技术或激光多普勒技术，光学干涉技术中的频闪成像技术有着测量范围广、测量精度高等突出优点，因此应用最为广泛。相移显微干涉技术是目前常用的MEMS器件离面运动测试技术，如何将其与频闪成像技术结合，完成MEMS器件面内和离而运动的一体化测试，是MEMS动态测试技术发展过程中亟待解决的问题。
　　 本文结合频闪成像技术和相移显微干涉技术，提出了利用相移干涉图像得到亮场图像的最优化干涉相消技术，实现了MEMS器件面内和离面运动的一体化测量。本课题所做工作主要包括：
　　 1.通过分析MEMS动态测试技术的国内外研究现状，尤其是本国家重点实验室的研究进展，确立了课题的主要研究方向及研究内容。
　　 2.结合MEMS器件的运动特点，通过对相移显微干涉技术和块匹配技术原理的分析，提出了基于相移显微干涉技术的MEMS器件面内和离面运动的一体化测试方法，从而大大减少了二次测量误差的引入。
　　 3.提出了应用于MEMS器件面内运动测试的最优化干涉相消技术。该技术主要利用被测器件的相移干涉图像得到亮场图像，所有经处理的图像均基本满足面内测试要求，并使用MATLAB软件完成了全部数据处理软件部分的编写。
　　 4.提出了应用于MEMS器件离面运动测试的面内补偿方法。该方法用于在器件每个运动时刻的图像上找出其表面各点在视场中的对应的空间位置，保证时间域相位展开的正确性。
　　 5.对现有的测试系统进行了完善。利用NI公司的PXI信号发生卡搭建了信号发生器及控制子系统的硬件部分，并使用LabVIEW软件编写了控制界面，能够实现波形参数的设定和信号间的精确同步。此外，还完成了光源驱动电路的设计与搭建。
　　 6.对提出的新算法进行了实验验证。采用MEMS微谐振器作为被测器件，基于频闪成像和相移显微干涉技术，得到器件各个运动相位的干涉图像，采用软件算法对干涉图像进行计算，得到了微谐振器运动梳齿的面内运动信息和离面运动的三维形貌图，以及运动梳齿上点的离面运动轨迹等，并通过对比数据对器件的运动情况进行了分析。