基于光纖光學(xué)系統(tǒng)的微觀粘著測試儀器研制.pdf

1、粘附是微/納米尺度下十分普遍和突出的現(xiàn)象。實踐證明，隨著材料和加工尺寸的日趨減小，表面效應(yīng)和尺度效應(yīng)對微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)的影響越來越明顯。微構(gòu)件粘附是造成MEMS失效的主要原因之一，也是導(dǎo)致MEMS性能不穩(wěn)定而難以走向市場的關(guān)鍵所在。 過去20多年間，掃描隧道顯微鏡(STM)、原子力顯微鏡(AFM)、摩擦力顯微鏡(FFM)及表面力儀(SFA)等在微觀粘著的研究中發(fā)揮著很大作用。但其價格昂貴且一般工作范圍為nN量級，而在微構(gòu)件

2、的粘附過程中，力的大小往往處于μm-mN量級范圍。目前還沒有比較成熟的μm-mN范圍的商品化測試儀器，因此，本文的研究工作將為探究界面粘著的作用機(jī)制及其影響規(guī)律提供有效的測試手段。 本文在分析總結(jié)國內(nèi)外微觀粘著測試技術(shù)研究現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，研制了一臺基于光纖光學(xué)系統(tǒng)的微觀粘著測試儀器，它能夠?qū)崿F(xiàn)測試參數(shù)如預(yù)載荷、分離速度和停留時間等的控制。本文完成的主要研究工作和創(chuàng)新如下： (1)設(shè)計了由光纖位移傳感器和雙葉懸臂梁組成的非接

3、觸式微力測量裝置，分析了雙葉懸臂梁的力學(xué)特性。采用雙葉懸臂梁消除了切向力和法向力的耦合影響，有效地提高了測試系統(tǒng)的靈活性、擴(kuò)展性和可靠性。 (2)設(shè)計了由步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)和壓電陶瓷控制系統(tǒng)組成的微動工作臺，實現(xiàn)了粗調(diào)與微調(diào)相結(jié)合的分步進(jìn)給方式。引入PID控制算法，提高了加載精度。設(shè)計了以直圓柔性鉸鏈支撐的復(fù)合平行四桿機(jī)構(gòu)為基礎(chǔ)的壓電陶瓷裝夾機(jī)構(gòu)，研究了MTp200/10×10/20壓電陶瓷驅(qū)動器的非線性、遲滯特性和蠕變特性，分析