基于顯微光杠桿技術(shù)的微梁結(jié)構(gòu)偏轉(zhuǎn)角測量系統(tǒng).pdf

1、微梁是最基本的MEMS結(jié)構(gòu)之一,常被用作微傳感器的關(guān)鍵元件。微梁不僅可以像在AFM中那樣進行表面形貌測量,還可以進行熱、力、電、磁等表面特性的測量。但隨著微梁尺寸的進一步減小,對檢測技術(shù)提出了更高的要求。本課題針對微梁結(jié)構(gòu)的偏轉(zhuǎn)角高速測試需求,設(shè)計并搭建了一套基于顯微光杠桿技術(shù)的測量系統(tǒng)。該系統(tǒng)將光杠桿光路與無限共軛顯微光路相結(jié)合,所得聚焦光斑直徑小于10μm,有利于實現(xiàn)微梁結(jié)構(gòu)的性能測試;采用電流模式電路處理四象限探測器的輸出信號,系

2、統(tǒng)帶寬超過15MHz;系統(tǒng)對微梁結(jié)構(gòu)的偏轉(zhuǎn)角測量分辨力和理論量程分別可達1.2″和±4°。利用該系統(tǒng)測量了原子力顯微鏡微懸臂梁探針在步進載荷下的偏轉(zhuǎn)情況,測量結(jié)果與鐵摩辛柯梁理論計算一致,驗證了系統(tǒng)的可行性。課題主要工作內(nèi)容包括以下幾個方面:
　　1.系統(tǒng)地分析了主要角度測量方法的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀,針對微梁結(jié)構(gòu)的偏轉(zhuǎn)角測量需求,提出了將顯微光路與光杠桿光路相結(jié)合的偏轉(zhuǎn)角測量方案,并給出了系統(tǒng)示意圖。系統(tǒng)主要包括顯微光杠桿光路、光電探

3、測器讀出電路、數(shù)據(jù)采集處理與電機驅(qū)動裝置等。
　　2.設(shè)計并搭建了顯微光杠桿光路,既能夠?qū)崟r觀察到微梁結(jié)構(gòu)的狀態(tài),還能夠獲得較小的聚焦光斑,有利于對百微米量級結(jié)構(gòu)的偏轉(zhuǎn)角進行測量。同時,采用籠式結(jié)構(gòu),并集成在電動位移臺上,應用方便。
　　3.設(shè)計并制作具有大帶寬、高靈敏度的光電探測器讀出電路,該電路基于電流模式進行設(shè)計,具有大帶寬、大量程、高分辨力、低噪聲等特點?；贚abVIEW編制了上位機通信軟件,實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集及處理、電