[发明专利]一种三维微触觉传感器的校准方法与装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种仪器的修正的方法，特别是公开一种测量微米纳米用的三维微触觉传感器的校准方法与装置。

背景技术

近些年来，与半导体工艺的融合成为推动传感器发展的一个重要动力，这种融合使传感器的性能更加强大，而体积却越来越小，催生出微型传感器。微型传感器的出现使原本在很多不能应用传感器的领域得以应用传感器件，从而为系统产品的智能化提供了条件。由此催生了一大批新型微纳米传感器，对微米纳米尺寸的相关检测技术提出了新的挑战。常规传感器由于信号的单一性、低精度及对微弱信号采集能力有限，所以对应各种校准装置与方法往往只能对常规传感器的实现对进行校准。由于微米/纳米尺寸的传感器接受信号要求的灵敏性高、精度好、采集微弱信号，所以对校准装置的信号处理能力提出了更高的要求。三维微触觉传感器能实现对多维尺寸、位置和形貌特征等几何量的微米/纳米级的测量，三维微触觉传感器性能的优越与否直接影响着小尺寸的量值传递的精确性，同时也对微加工精度和工艺水平的意义重大。所以对设计完成的三维微触觉传感器进行精确、及时的校准，了解三维微触觉传感器的实际特性对于其自身的开发和设计具有重大意义。对微纳米产业的长远发展具有极大的推动作用。设计一种能够对多种三维微触觉传感器的夹持校准装置和方法将有效解决对三维微触觉传感器的性能参数的比对与检测。

发明内容

本发明的目的提出一种三维微触觉传感器的校准方法与装置，可以有效解决多种传感方式(压阻式，电感式，压电式)的一维、二维、三维及阵列式的三维微触觉传感器的线性、量程、滞后性、精度多个性能的校准工作，评估其性能是否符合设计要求。

本发明是这样实现的：一种三维微触觉传感器的校准方法，其特征在于：在隔振腔中安装三维微触觉传感器固定装置、微位移输入装置、CCD摄像头和激光干涉仪；三维微触觉传感器通过不同的夹持机构安放在旋转平台上，微位移输入装置通过控制装置实现三维微触觉传感器的Z轴粗动定位和传感器与压电陶瓷的零接触，压电陶瓷通过控制系统输出振幅信号给所述的三维微触觉传感器施加位移约束信号，通过三维微触觉传感器的信号采集系统和上机软件，建立输入——输出关系图，通过激光干涉仪的校准系统对压电陶瓷的位移约束量进行跟踪测量，实现三维微触觉传感器性能参数的测试和校准。

三维微触觉传感器的校准装置放置于隔振腔中，隔振腔体能有效吸收外界一定频率范围的噪声，可以实现校准过程中的噪声隔离，提供稳定的校准环境，实现高精度的校准。隔振腔通过自动锁紧机构可实现自由定位，被检三维微触觉传感器固定后，关闭隔振腔完成隔离环境下的校准工作。

三维微触觉传感器的校准装置在工作过程中，三维微触觉传感器与压电陶瓷的接触情况都通过一个CCD监视器进行实时监控，防止位移过大引起的三维微触觉传感器和微位移装置的损害；整体校准装置放置在气浮隔振平台上，减少周围噪声对测量的影响。

针对三维微触觉传感器的性能校准设计的装置与方法具有以下的特征：

(1)为了消除校准过程环境的影响，校准过程在密封的隔振腔中完成，内置CCD摄像头，隔振腔关闭后，通过CCD监视进行实时监控，观察三维微触觉传感器与微位移平台的接触情况，防止压电陶瓷位移过大引起的三维微触觉传感器和压电陶瓷的损坏。

(2)为了解决三维微触觉传感器部件的横向和轴向固定，通过夹持机构固定在高精度的360°旋转平台，通过旋转平台的控制装置(包括手动和自动旋转控制器)实现三维微触觉传感器的横向、轴向及XOY任意平面夹角性能校准。

(3)为了解决三维微触觉传感器与旋转平台的不同方向固定，设计了轴向、横向夹持机构，实现三维微触觉传感器部件的有效夹持，并保证三维微触觉传感器部件具有足够余量实现有效偏摆。压电陶瓷的夹持机构实现压电陶瓷与传动机构的连动性，并有效实现压电陶瓷的夹持。

(4)位移输入装置的传动机构和控制器实现压电陶瓷的Z轴方向上的粗动定位和三维微触觉传感器与压电陶瓷的零接触，压电陶瓷与三维微触觉传感器零接触后，再通过压电陶瓷控制系统实现一定程度的位移约束信号压电陶瓷位移约束信号引起传感器输出改变，通过信号调制和采集电路进行数据采集和显示，建立输入——输出关系图。

(5)通过激光干涉仪对压电陶瓷输出的高精度的位移约束信号的跟踪测量，由激光干涉仪测量得到的位移变化量与采集得到的输入——输出关系图进行有效的比对，实现三维微触觉传感器的性能的高精度校准。