微机电系统谐振器面内运动检测的激光多普勒方法

摘要

随着微机电系统技术的迅速发展，对器件运动性能检测的需求日益迫切。本论文旨在探讨微机电系统器件的运动检测技术，主要研究了激光差动多普勒方法在面内运动检测中的应用。 论文建立了激光差动多普勒测量系统，用于检测谐振器在平面内的振动，系统的测量光轴垂直于被测速度。该系统主要由光学部分、信号处理电路、数据分析程序和微动调整装置等组成。光学系统中，在差动多普勒测量光路的基础上加入了CCD监控光路，用监视器观察被测器件调整过程和振动情况。电路系统从光学系统输出的高频信号中提取了多普勒信号。在计算机数据处理程序中，利用频谱分析、计数法等方法计算了谐振器的速度，并积分得到位移曲线。 测量了电动机转轴转速和加速度计校准仪的往复振动，验证了实验系统的可靠性和准确性。分别测量了四个谐振器的振动情况，得到了活动梳齿的谐振频率、瞬时速度和位移等，并用计算机显微视觉方法进行了比对实验。 论文研究了被测谐振器的调整和定位方法，并详细分析了在谐振器运动检测时，测量系统中可能出现的误差。 论文还建立了活动梳齿的振动模型，推导了活动梳齿的谐振频率和谐振振幅的解析解。基于体硅工艺，设计了谐振器的具体结构和工艺步骤，并利用有限元软件，分析了活动梳齿的静态响应和振动模态。进行了流水实验，给出了加工结果。

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第一章绪论

1.1微机电系统概述

1.2微机电系统运动检测技术的研究进展

1.3激光多普勒技术及其在微机电系统检测中的应用

1.4论文的研究目的和主要任务

第二章硅微机械谐振器

2.1硅微机械谐振器的工作原理

2.2谐振器结构设计

2.3谐振器的工艺流程和加工结果

2.4谐振器初步测试实验

小结

第三章激光多普勒运动检测实验系统

3.1总体结构

3.2激光多普勒检测光学系统

3.3谐振器位置调整方法

3.4信号处理电路设计

3.5多普勒信号的特点与数据处理程序设计

小结

第四章误差分析

4.1多普勒信号频率增宽和谐振器高阶振动模态对测量的影响

4.2光学系统误差

4.3谐振器位置安装误差

4.4其他测量误差

小结

第五章实验与分析

5.1直流电动机转轴匀速转动测量实验

5.2加速度计校准仪振动测量实验

5.3微机电系统谐振器振动测量实验

5.4谐振器b、d的比对测量实验

小结

第六章 结论和展望

参考文献

发表论文情况

致谢