[发明专利]一种对MEMS微结构进行非接触式水中激励的激波激励装置

说明书

技术领域

本发明属于微型机械电子系统技术领域，特别涉及一种对MEMS微结构进行非接触式水中激励的激波激励装置。

背景技术

由于MEMS微器件具有成本低、体积小和重量轻等优点，使其在汽车、航空航天、信息通讯、生物化学、医疗、自动控制和国防等诸多领域都有着广泛的应用前景。对于很多MEMS器件来说，其内部微结构的微小位移和微小变形是器件功能实现的基础，因此对这些微结构的振幅、固有频率、阻尼比等动态特性参数进行精确测试已经成为开发MEMS产品的重要内容。此外，对MEMS微结构的动态特性测试需要考虑到其实际应用时的工作环境，比如高温环境、低温环境、高加速度环境、腐蚀性气体环境、液体环境、真空环境等。由于很多MEMS传感器和执行器是在水中进行工作的，因此，如何测试MEMS微结构在水中工作时的动态特性成为国内外研究人员关注的焦点。

为了测试微结构的动态特性参数，首先需要使微结构产生振动，也就是需要对微结构进行激励。由于MEMS微结构具有尺寸小、重量轻和固有频率高等特点，传统机械模态测试中的激励方法和激励装置无法被应用在MEMS微结构的振动激励当中。近二十年来，国内外的研究人员针对MEMS微结构的振动激励方法进行了大量的探索，研究出了一些可用于MEMS微结构的激励方法以及相应的激励装置。其中，佘东生等在《基于激波的MEMS微结构底座冲击激励方法研究》一文中介绍了一种基于激波的底座激励装置，该装置具有激励带宽大，适用范围广等优点，具备很好的应用潜力。不过该装置的工作原理是利用针电极和板电极在空气中进行放电所产生的激波对微结构进行激励的，因此无法应用在水中对MEMS微结构进行激励，此外，该装置使用了弹性底座激励的方式对MEMS微结构进行激励，因此当采用非接触式的光学测振方法对MEMS微结构的动态特性进行测试时，所获得的振动响应信号里不可避免地会包含弹性底座结构的振动响应，这会使获取MEMS微结构的动态特性参数变得十分困难。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种对MEMS微结构进行非接触式水中激励的激波激励装置，该装置不仅能够实现在水中对MEMS微结构进行激励，而且能够避免底座结构的振动响应对测试结果的干扰，实现了对MEMS微结构的非接触式激励，激励效果好，便于水中测试微结构的动态特性参数。

为解决上述问题，本发明采用如下技术方案：

一种对MEMS微结构进行非接触式水中激励的激波激励装置，包括基板，在基板上两侧对称设有二个电动滑台，并在二个电动滑台之间设有水箱单元和支座，在电动滑台上分别设有手动双轴位移台，在二个手动双轴位移台的Z轴溜板上分别通过一个悬垂支架对称安装有针电极单元，针电极单元分别悬垂到水箱单元的箱体内且水平布置；

所述针电极单元包括与悬垂支架下端可拆卸连接的安装套，在安装套前端孔内插接有绝缘套，在绝缘套内设有针电极；二个针电极单元的针电极针尖相对，用于通电后放电使二个针电极之间间隙被击穿，从而产生激波；

在支座上通过一个悬垂吊架安装有微结构单元，微结构单元悬垂到水箱单元的箱体内且位于二个针电极单元的针电极上方；该微结构单元包括与悬垂吊架下端连接的固定板，在固定板的中心设有阶梯状安装孔，在安装孔内的环形阶梯面上可拆卸安装有微结构安装板，在微结构安装板上粘接MEMS微结构；

二个针电极单元的针电极分别与高压电容的两极电联接，在高压电容与一个针电极之间设有第一空气开关；所述高压电容的两极分别电联接至高压电源的正负极，并通过第二空气开关控制通断。

作为进一步优选，所述电动滑台是由步进电机驱动丝杠丝母机构运动从而带动滑块往复滑动。

作为进一步优选，所述水箱单元包括一个上端敞口的箱体，在箱体的前、后侧板上分别均布有多个观察孔，在每个观察孔内分别通过压板压设有光学玻璃板，用于观察二个针电极单元的相对位置。

作为进一步优选，所述悬垂支架是由相互垂直的水平支杆和垂直支杆通过螺钉连接而成，水平支杆外端通过固定块固定在所述Z轴溜板上。

作为进一步优选，所述绝缘套为陶瓷管并通过顶丝固定在安装套前端孔内。

作为进一步优选，所述悬垂吊架是由立柱、支臂杆和吊杆依次连接而成，所述立柱下部插入到支座的中心孔内并通过顶丝固定。