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微机电台阶测量仪系统设计与研究

作　者: 李强
导　师: 李圣怡
学　校: 国防科学技术大学
专　业: 机械电子工程
关键词: 微机电台阶测量静态性能测量力
分类号: TH703
类　型: 硕士论文
年　份: 2004年
下　载: 130次
引　用: 3次
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内容摘要

近年来随着微机电系统(MEMS)的推广应用,MEMS技术已成为二十一世纪的关键技术之一。硅由于其自身良好的材料性能在MEMS中受到了广泛的应用。MEMS加工工艺中基于硅片的体微加工技术、表面微加工技术等加工工艺的改进和完善,使得一些微小元件中的微细台阶结构越来越微小,具有更大的深宽比。而专用于测量这些微小器件关键结构尺寸的检测仪器不是很多,很多检测仪器都是测量微型元件的整个3D形貌,虽然它们的测试功能多,精度高,但普遍价格昂贵,难以普及,不适于当前国内微型器件的测量要求。基于此我们研制成功了研制了一种简单实用的台阶测量系统,它能准确,完整的测出这些微小器件的微细台阶的具体尺寸,满足了当前微细台阶的测量要求。本文主要做了以下几个方面得工作: 1.设计了一种微力电感测头,该测头采用变截面片簧作回转运动的测头支撑机构,能实现测量力小,无摩擦,没有磨损。 2.用ansys对电感测头的关键结构做了仿真设计,验证了理论设计的正确性。 3.对电感测头做了静态性能测试实验,实验表明测头稳定性较好,线形度约为0.18%。 4.台阶仪由于采用步进电机运动平台存在偏心作用力和振动噪声问题,从软、硬件两方面采取措施有效抑制和减小了它们对测量结果的影响。对台阶仪进行标定后,最后用标准样块和加工后的硅片对台阶仪系统进行实际测试,结果表明该仪器具有测量力小,磨损小,分辨率高和较好的测量精度的特点,能满足微机电台阶测量的需要。

全文目录

摘要  5-6
ABSTRACT  6-7
第一章绪论  7-13
  1.1 课题来源及意义  7-8
    1.1.1 课题的来源  7
    1.1.2 课题研究的背景和意义  7-8
  1.2 台阶测量研究现状分析  8-11
    1.2.1 接触式测量  8
    1.2.2 非接触式测量  8-11
  1.3 台阶测量仪研究现状分析  11-12
    1.3.1 国外接触式台阶仪最新动态  11
    1.3.2 国内接触式台阶仪最新动态  11-12
  1.4 课题的主要研究内容  12-13
第二章微机电台阶仪测头设计  13-26
  2.1 电感传感器工作原理  13-17
    2.1.1 电感传感器的实现方式及各自的特点  13-14
    2.1.2 螺管型电感传感器的结构及工作原理分析  14-17
  2.2 电感测头理论设计  17-21
    2.2.1 电感测头方案选择  17-18
    2.2.2 电感测头测杆机构设计  18-21
  2.3 测杆机构的仿真分析  21-24
    2.3.1 有限元分析软件ANSYS简介  21-22
    2.3.2 测杆机构的有限元建模与分析  22-24
  2.4 电感测头的测量力测试  24-25
  2.5 本章小结  25-26
第三章电感测头的测试  26-36
  3.1 电感传感器线性度测试  26-29
  3.2 传感器灵敏度、灵敏度闭与分辨率测试  29-30
  3.3 电感传感器的稳定性测试  30-31
  3.4 电感传感器重复精度测试  31-32
  3.5 电感传感器标定  32-35
  3.6 本章小结  35-36
第四章微机电台阶仪系统设计  36-46
  4.1 微机电台阶仪测量原理及分类  36-37
  4.2 微机电台阶仪系统平台搭建  37-40
    4.2.1 测头选择  37
    4.2.2 运动平台和驱动装置  37-38
    4.2.3 信号处理电路  38
    4.2.4 A/D采集卡选择  38-39
    4.2.5 CCD摄像头选择  39-40
  4.3 微机电台阶仪振动问题分析  40-43
    4.3.1 步进电机驱动分析  40-41
    4.3.2 台阶仪测量时振动传递机理  41
    4.3.3 台阶仪测量时振动问题研究  41-43
  4.4 微机电台阶仪偏心力问题分析  43-45
    4.4.1 台阶仪偏心力问题产生原理  43-44
    4.4.2 台阶仪偏心力问题研究  44-45
  4.5 本章小结  45-46
第五章数据处理和系统测试软件  46-55
  5.1 数据处理与误差分析  46-50
  5.2 台阶仪控制软件设计  50-54
    5.2.1 控制软件总体设计  50
    5.2.2 控制软件界面设计与介绍  50-53
    5.2.3 台阶仪系统实物测试  53-54
  5.3 本章小结  54-55
第六章全文总结与展望  55-57
参考文献  57-60
致谢  60

微机电台阶测量仪系统设计与研究

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