[实用新型]一种基于相控阵技术的多模式微驱动力源

说明书

技术领域

本实用新型涉及的是一种用于微驱动的力源，具体的说是涉及一种基于相控阵技术的多模式微驱动力源。

背景技术

近年来，随着材料科学不断发展，出现了许多新的薄膜材料，并且广泛地应用于人们生活的各个角落。薄膜材料的力学性能是评价薄膜材料地重要指标，在以薄膜为材料的元器件设计中，其力学性能是设计的依据，对元器件的性能、可靠性和使用寿命有很大影响。薄膜的力学性能包括薄膜的弹性模量、屈服强度和界面结合强度等力学参量。其中薄膜的弹性模量不仅是薄膜器件设计的必要参量，而且也是诸如屈服强度、断裂韧性和残余应力等力学性能测量与评定的基础。由于尺寸因素，薄膜弹性模量测量比块材弹性模量的测量难度大得多。针对薄膜的特点，许多科学家对其弹性模量的测量方法及测量仪器展开了大量的研究。

目前，常采用的测试方法有超声波测速法、梁弯曲法和压痕法。其中超声波测速法的基本原理是根据超声波的传播速度由介质的弹性常数决定，通过测量超声波波速，即可求出材料的弹性常数。但这种方法受材料性质局限，只能应用于各向同性材料。梁弯曲法中，悬臂梁法的基本原理是通过挠度比较的方法来计算膜的弹性模量，具体方法是比较同等载荷作用下的两组试样(已知弹性常数的基片和镀上膜的基片)间接获得膜的弹性模量。而三点弯曲法的原理是对梁施加一个力产生一个挠度，从而计算出量的抗弯曲刚度，根据抗弯曲刚度与弹性模量的关系计算弹性模量。由于压痕法方法简单、对试样无特殊要求从而得到了广泛应用，压痕法的基本原理是利用一定形状的压头在一定压力作用下压入被测样品，保持一段时间后卸载，然后用相关设备如：如标尺、显微镜、位移传感器等，测出压痕的深度，从而根据所获得位移以及所提供的压力做出相应的载荷-位移曲线(P-h曲线)，在对位移曲线进行分析即可得出薄膜的弹性模量。但是，这种实验方法由于该方法的力学模型不完善，要求薄膜厚度不能太小，对同一试样在不同的测量条件下包括压头形状不同和压入深度不同的实验结果无法统一。此外，由于压头的变形、薄膜的表面张力以及薄膜与压头间的摩擦都会引入误差。

发明内容

针对传统的压痕法的不足，本实用新型的目的在于提供工作精确稳定，操作简便的用于定征薄膜材料特性的一种基于相控阵技术的多模式微驱动力源。

该系统以超声相控阵技术为基础，采用数字声束合成技术形成稳定声场，根据超声辐射力理论，位于声场中的薄膜受到非接触式力的作用，从而薄膜表面产生变形，进一步测出力的大小和变形大小，从而计算出应变，接着根据胡克定律就可计算出弹性模量。该系统各发射电路通道的频率、幅值、相位分别可控，具有较高的重复频率和发射效率，而且各通道间一致性好，易于模块化，操作方便，便于维护和调试。

本实用新型采用的技术方案如下：

整个系统包括基于工控机的上位机、CAN总线、超声发射卡、高频线性功放和超声换能器阵列；基于工控机的上位机的CAN接口经CAN总线、超声发射卡、高频线性功放与超声换能器阵列相连。

所述的超声发射卡：包括十五个信号发生单元和信号发生及同步控制单元；十五个信号发生单元和信号发生及同步控制单元的一端经各自的CAN接口分别与CAN总线相连，十五个信号发生单元和信号发生及同步控制单元的另一端分别与高频线性功放中各自的4路高频线性功放相连；信号发生及同步控制单元分别与十五个信号发生单元相连。

所述的十五个信号发生单元结构相同，均包括CAN接口、基于DSP的嵌入式系统、地址总线、数据总线、控制总线、基于FPGA的接口模块、4个10位高速D/A转换器、用于产生比较幅值的4个高速D/A转换器和4个功放及补偿电路；基于DSP的嵌入式系统通过CAN接口与CAN总线相连，通过地址总线、数据总线和控制总线分别与基于FPGA的接口模块相连；4个10位高速D/A转换器和用于产生比较幅值的4个高速D/A转换器的一端分别与基于FPGA接口模块相连，4个10位高速D/A转换器的另一端分别与各自的功放及补偿电路相连；用于产生比较幅值的4个高速D/A转换器分别与各自的10位高速D/A转换器相连。

所述的信号发生及同步控制单元：除了与所述的十五个信号发生单元结构相同外，还具有同步控制模块，同步控制模块分别与基于FPGA的接口模块和基于DSP的嵌入式系统相连。

所述的基于DSP的嵌入式系统：由数字信号处理器DSP、晶振、CAN接口电路、复位芯片、JTAG调试口、电源接口、RAM芯片和输入输出接口组成；

所述晶振、CAN接口电路、复位芯片、JTAG调试口、电源接口、RAM芯片分别与数字信号处理器DSP相连。