用于微型驅動機構的非接觸顯微測速測振系統研究.pdf

1、近年來，微機電系統(MEMS)迅速發(fā)展，在各個領域的應用不斷得到深入。微驅動器作為其中的可動部分，其運動幅度的大小、運動效率的高低以及驅動的可靠性程度等指標決定了系統的優(yōu)劣，是MEMS中的重要環(huán)節(jié)，它不僅可以降低機電系統的成本，而且還能完成許多大尺寸機電系統無法完成的任務。由微驅動器構成的MEMS在日常生活、國民經濟以及國家安全等領域有著巨大的潛在應用前景，影響著人們生活的諸多方面。對微驅動機構的動態(tài)特性進行檢測有助于研究其基本性能、運

2、動參數、材料屬性等，從而能更好地應用于實際中。但是由于其尺寸小、質量輕、振幅小、易受外界干擾等因素，對檢測方法提出了新的要求。本文提出的基于CCD顯微視頻的微型驅動機構運動檢測方法，可以對各類微型驅動機構的動、靜態(tài)視頻以及它們的不同運動狀態(tài)進行檢測，這種光學非接觸式檢測方法具有無損、非接觸、快速、高精度和高定位等優(yōu)點。 本文在考察和研究分析現有的MEMS運動狀態(tài)檢測技術優(yōu)缺點的基礎上，針對各類微型驅動機構進行了相關實驗。研究內容

3、涵蓋原理探討、常用算法分析、運動檢測算法的構建、測量系統的實現、具體實驗論證以及結果分析等方面，取得了較好的研究成果。 論文第一章概述了微納米技術及MEMS的應用，闡述了微型驅動機構運動狀態(tài)檢測技術的研究發(fā)展現狀，并提出了本課題研究的主要內容。 第二章分析了現有的微型驅動機構的動態(tài)性能測試方法及系統，綜述了國內外在該測試領域的發(fā)展狀況，比較了各類檢測方法的優(yōu)勢和應用范圍。 第三章描述了基于CCD顯微視頻的測速測振

4、新方法。具體介紹了軟件中用到的主要算法，分析了算法的基本原理。并結合整個檢測裝置，對算法做了進一步的改進和優(yōu)化，以提高算法的靈活性。 第四章介紹了整個測量裝置系統，主要針對硬件和軟件部分做了比較詳細的闡述。構建了一個集照明系統、驅動模塊、成像系統、采集部分、接口模塊及計算機等于一體的硬件測量系統，用來完成前期視頻圖像的觀察和采集任務。通過開發(fā)相應的檢測軟件系統來完成后期的圖像處理工作，并且描述了檢測的整個流程。 第五章主

5、要針對各類微型驅動機構以及它們所對應的不同運動形式展開了具體運動檢測實驗，獲取了運動軌跡曲線、運動振幅、運動速度、頻率一振幅特性關系、功率一振幅關系等動態(tài)性能，并對不同實驗條件的測量結果進行比較和分析。實驗結果表明，利用該測量系統，能夠有效地對各種微型驅動機構進行運動特性測量，測量結果穩(wěn)定性高，而且具有一定的普適性。第六章總結了本課題所完成的工作，并提出了將來可以進行的工作。 本文的主要創(chuàng)新之處有： 1)提出和發(fā)展了一種

6、基于CCD顯微視頻的微型驅動機構運動狀態(tài)檢測新方法。該方法較好地解決了小尺寸、低振幅、高頻率驅動機構的運動檢測問題。 2)設計研制了微型驅動機構運動檢測的軟硬件系統。整個檢測系統集光、機、電、算于一體，既能對采集得到的序列圖像進行檢測，也能實現動、靜態(tài)顯微視頻的運動狀態(tài)檢測。 3)利用該軟硬件系統及其檢測新方法，首次實現了各種微型驅動機構運動特性的定量檢測。成功地測量了在不同條件下的運動參數，包括最大振幅、平均速度、測試