用于微型驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的非接觸顯微測速測振系統(tǒng)研究.pdf

1、近年來，微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)迅速發(fā)展，在各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用不斷得到深入。微驅(qū)動(dòng)器作為其中的可動(dòng)部分，其運(yùn)動(dòng)幅度的大小、運(yùn)動(dòng)效率的高低以及驅(qū)動(dòng)的可靠性程度等指標(biāo)決定了系統(tǒng)的優(yōu)劣，是MEMS中的重要環(huán)節(jié)，它不僅可以降低機(jī)電系統(tǒng)的成本，而且還能完成許多大尺寸機(jī)電系統(tǒng)無法完成的任務(wù)。由微驅(qū)動(dòng)器構(gòu)成的MEMS在日常生活、國民經(jīng)濟(jì)以及國家安全等領(lǐng)域有著巨大的潛在應(yīng)用前景，影響著人們生活的諸多方面。對微驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的動(dòng)態(tài)特性進(jìn)行檢測有助于研究其基本性能、運(yùn)

2、動(dòng)參數(shù)、材料屬性等，從而能更好地應(yīng)用于實(shí)際中。但是由于其尺寸小、質(zhì)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(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)檢測方法，可以對各類微型驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的動(dòng)、靜態(tài)視頻以及它們的不同運(yùn)動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行檢測，這種光學(xué)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(diǎn)。 本文在考察和研究分析現(xiàn)有的MEMS運(yùn)動(dòng)狀態(tài)檢測技術(shù)優(yōu)缺點(diǎn)的基礎(chǔ)上，針對各類微型驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行了相關(guān)實(shí)驗(yàn)。研究內(nèi)容

3、涵蓋原理探討、常用算法分析、運(yùn)動(dòng)檢測算法的構(gòu)建、測量系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)、具體實(shí)驗(yàn)論證以及結(jié)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(shù)及MEMS的應(yīng)用，闡述了微型驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)檢測技術(shù)的研究發(fā)展現(xiàn)狀，并提出了本課題研究的主要內(nèi)容。 第二章分析了現(xiàn)有的微型驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的動(dòng)態(tài)性能測試方法及系統(tǒng)，綜述了國內(nèi)外在該測試領(lǐng)域的發(fā)展?fàn)顩r，比較了各類檢測方法的優(yōu)勢和應(yīng)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(jié)合整個(gè)檢測裝置，對算法做了進(jìn)一步的改進(jìn)和優(yōu)化，以提高算法的靈活性。 第四章介紹了整個(gè)測量裝置系統(tǒng)，主要針對硬件和軟件部分做了比較詳細(xì)的闡述。構(gòu)建了一個(gè)集照明系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)模塊、成像系統(tǒng)、采集部分、接口模塊及計(jì)算機(jī)等于一體的硬件測量系統(tǒng)，用來完成前期視頻圖像的觀察和采集任務(wù)。通過開發(fā)相應(yīng)的檢測軟件系統(tǒng)來完成后期的圖像處理工作，并且描述了檢測的整個(gè)流程。 第五章主

5、要針對各類微型驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)以及它們所對應(yīng)的不同運(yùn)動(dòng)形式展開了具體運(yùn)動(dòng)檢測實(shí)驗(yàn)，獲取了運(yùn)動(dòng)軌跡曲線、運(yùn)動(dòng)振幅、運(yùn)動(dòng)速度、頻率一振幅特性關(guān)系、功率一振幅關(guān)系等動(dòng)態(tài)性能，并對不同實(shí)驗(yàn)條件的測量結(jié)果進(jìn)行比較和分析。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，利用該測量系統(tǒng)，能夠有效地對各種微型驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)特性測量，測量結(jié)果穩(wěn)定性高，而且具有一定的普適性。第六章總結(jié)了本課題所完成的工作，并提出了將來可以進(jìn)行的工作。 本文的主要?jiǎng)?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(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)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(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)檢測問題。 2)設(shè)計(jì)研制了微型驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)檢測的軟硬件系統(tǒng)。整個(gè)檢測系統(tǒng)集光、機(jī)、電、算于一體，既能對采集得到的序列圖像進(jìn)行檢測，也能實(shí)現(xiàn)動(dòng)、靜態(tài)顯微視頻的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)檢測。 3)利用該軟硬件系統(tǒng)及其檢測新方法，首次實(shí)現(xiàn)了各種微型驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)特性的定量檢測。成功地測量了在不同條件下的運(yùn)動(dòng)參數(shù)，包括最大振幅、平均速度、測試