微構(gòu)件拉伸測試系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn).pdf

1、隨著MEMS的發(fā)展，微構(gòu)件材料力學性能研究越來越受到國內(nèi)外研究人員的重視，但是目前測試所得微構(gòu)件材料的力學性能參數(shù)分散性很大，甚至連最基礎(chǔ)的彈性模量都沒有一個一致公認的結(jié)果。在進行MEMS結(jié)構(gòu)設(shè)計時，由于缺乏有關(guān)微構(gòu)件材料力學性能的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，還沒有建立起一個有效的機械可靠性設(shè)計準則，這嚴重阻礙了MEMS的發(fā)展。因此，本課題以MEMS材料力學性能測試為切入點，深入進行MEMS典型材料的測試測量技術(shù)研究，目的是為典型的MEMS器件結(jié)構(gòu)設(shè)計和

2、工藝加工提供理論指導與數(shù)據(jù)支持。進而提高MEMS器件性能、成品率和可靠性。 在總結(jié)前人工作的基礎(chǔ)上，本文的主要工作就是設(shè)計并搭建了一個結(jié)構(gòu)簡單、性能可靠、測試精度較高的微構(gòu)件力學性能測試平臺，并進行了微米量級的單晶硅試樣拉伸測試實驗。該測試系統(tǒng)采用壓電陶瓷驅(qū)動器作為驅(qū)動力；采用壓阻式微力傳感器對加載在試樣上的拉伸力進行片外檢測；采用電感式位移傳感器對拉伸試樣位移進行檢測；采用微定位裝夾機構(gòu)對試樣進行安裝調(diào)整；采用CCD測量技術(shù)對

3、試樣裝夾、加載過程進行在線實時監(jiān)測；采用數(shù)據(jù)采集卡和圖像采集卡采集測試數(shù)據(jù)與工控機交互。同時，針對壓電陶瓷存在的遲滯、蠕變等不利特性對壓電陶瓷驅(qū)動器進行閉環(huán)PID控制算法研究，針對微力傳感器存在輸出位移現(xiàn)象對整個測試平臺的機械結(jié)構(gòu)進行整體剛度標定實驗，采用LabVIEW圖形化編程語言編寫微構(gòu)件拉伸測試監(jiān)測控制軟件，主要包括數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)顯示保存、圖像采集、視頻采集、圖像標定、圖像應用和壓電陶瓷閉環(huán)PID控制等功能。最后進行了五次單晶硅試