[实用新型]六轴MEMS运动传感器的性能测试装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及运动传感器的测试技术，特别涉及到一种六轴MEMS运动传感器的性能测试装置。

背景技术

MEMS(Microelectromechanical System)是微机电系统的简称，它是利用微电子加工技术制造微米级的机械部件，再加上信号处理器、控制电路、通讯接口和电源等部件组成的一体化的、集成于单个元件中的微型器件系统。MEMS器件有着体积小、重量轻、功耗低、价格便宜、易大批量生产的优点,是智能化、信息化不可或缺的基础元器件，现已被广泛应用于移动通信、娱乐装置、汽车、国防、工业控制、家用电器、通信工程、航空航天、现代农业、生物医学、交通、环保等领域。MEMS运动传感器是感测物体运动的传感器，由感测物体直线运动的加速度传感器和感测物体旋转运动的角速度传感器组成的组合式传感器。MEMS加速度传感器技术发展得相对较早，约从2004年开始，MEMS加速度传感器就被广泛应用于消费类电子产品，如游戏机、手机、平板电脑、数码照相机、机器人、GPS,玩具等，约从2008年开始，MEMS角速度传感器也被广泛应用于消费类电子产品中。随着便携式电子产品的日益智能化和小型化，运动传感器必须契合市场要求，缩小体积、降低成本、方便客户使用，于是组合式MEMS运动传感器应运而生，组合式MEMS运动传感器是将三轴加速度传感器和三轴角速度传感器通过圆片加工或封装组成的六轴MEMS运动传感器。从2012年开始，组合式MEMS运动传感器以大于50％的年增长率逐渐替代独立的MEMS加速度传感器和MEMS角速度传感器，成为智能化移动电子装置的核心元器件。

由于MEMS运动传感器制造过程相当复杂，涉及到MEMS圆片加工、ASIC(专用集成电路)圆片加工、芯片封装等制造过程，大约有几百道加工工序，其中的任何一道工序不合格，都会对六轴MEMS运动传感器的性能产生影响，特别是导致每个器件之间的性能不一致。而用户的需要是感知真实世界的物体运动信号，同一型号的器件必须有同样的性能。所以在产品出厂前，必须逐个进行参数测试，剔除次品，以及校准器件的性能参数，如零偏、灵敏度等，以保证客户得到性能一致的产品。

要测试六轴MEMS运动传感器的性能，就必须对它施加一定量的激励信号源，测量六轴MEMS运动传感器的初始输出值，再通过六轴MEMS运动传感器内部的专用集成电路(ASIC)调节输出值，从而得到符合规格的产品。也就是说，测试和校准六轴MEMS运动传感器，必须以一定速度旋转待测样品以提供角速度激励信号；还必须提供一定值的加速度激励信号。在对单轴加速度或角速度传感器测试时，只需用到最简单的单轴转台，它由一个主马达和相应的转轴、导电滑环、转盘等组成，主马达旋转产生激励信号。但在测试六轴MEMS运动传感器时，要完成三个轴向的性能测试，需在X、Y、Z三个轴向以一定速度转动待测试样品，以及将待测样品置于一定的相对于地球引力方向的位置，这样就必须要用到两个主马达来产生三个轴向的激励信号源。

现有的测试装置的核心部位—测试头如图1、图2所示，它需要二个马达101和10分别控制框架103和转轴104，驱动测试电路板105沿X轴心线A和Y轴心线B转动，由于没有专门的绕线机构，任何方向马达每次转动不能超过360°。当测试六轴MEMS运动传感器的加速度性能时，在如图1所示的静止状态时，待测样品M的X、Z方向受到的加速度激励信号均为0，在Y方向受到的加速度激励信号为1个地球引力单位，即+1G；当马达101驱动框架103沿X轴心线A转动180°，待测样品M在Y方向受到-1G的加速度激励信号，在X、Z方向的加速度激励信号仍为0，从而完成加速度传感器在Y轴的测试；同理，从图1所示状态开始，当马达101驱动框架103沿X轴心线M转动90°和270°时，完成加速度传感器在X轴的测试；从图2所示状态开始，当马达101驱动框架103沿X轴心线A转动90°和270°时，完成加速度传感器在Z轴的测试。