專利名稱：Mems拉伸扭轉(zhuǎn)疲勞特性實(shí)驗(yàn)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種MEMS拉伸扭轉(zhuǎn)疲勞特性實(shí)驗(yàn)裝置，用于多軸應(yīng)力環(huán)境下MEMS(Micro-Electro-Mechanical System，微機(jī)電系統(tǒng))多晶硅結(jié)構(gòu)疲勞特性的研究，屬于微納米尺度材料特性基礎(chǔ)研究領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
研究發(fā)現(xiàn)，在宏觀狀態(tài)下屬于脆性材料的硅在微納米尺度下會(huì)產(chǎn)生疲勞特性，對(duì)于發(fā)生這種變化的機(jī)理目前還不太明確。了解這種機(jī)理并測(cè)量硅在微米尺度下的疲勞特性參數(shù)對(duì)于MEMS可靠性設(shè)計(jì)及壽命預(yù)測(cè)有著重要的意義。
在當(dāng)前MEMS所能達(dá)到的尺度下，由于尺寸縮小帶來(lái)的影響(ScalingEffects)，許多物理現(xiàn)象與宏觀世界有很大區(qū)別，因此有必要對(duì)微動(dòng)力學(xué)、微流體力學(xué)、微熱力學(xué)、微摩擦學(xué)、微光學(xué)和微結(jié)構(gòu)學(xué)進(jìn)行深入的研究。這一方面的研究雖然受到重視，但難度較大。
傳統(tǒng)宏觀尺度下的疲勞試驗(yàn)一般由專用的材料疲勞試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行，主要有液壓、電磁等驅(qū)動(dòng)方式，標(biāo)準(zhǔn)試樣用卡頭裝夾于其中。但這種方法并不適用于MEMS疲勞特性的研究，首先，液壓、電磁力的驅(qū)動(dòng)方式在微米級(jí)尺寸狀態(tài)下不適用，其次，微米尺寸試樣的夾持與對(duì)中操作起來(lái)極其困難，甚至不可能完成。鑒于微機(jī)械構(gòu)件常工作于拉伸和扭轉(zhuǎn)同時(shí)作用的多軸應(yīng)力狀況下，有必要設(shè)計(jì)一種用于微構(gòu)件疲勞特性研究的拉伸扭轉(zhuǎn)拉多軸疲勞試驗(yàn)裝置，而且這種裝置能夠由現(xiàn)有的MEMS加工方法加工出來(lái)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的根本目的是綜合靜電梳狀驅(qū)動(dòng)器的橫向驅(qū)動(dòng)和平行板電容驅(qū)動(dòng)器垂直驅(qū)動(dòng)的特點(diǎn)設(shè)計(jì)一種集成了靜電梳狀驅(qū)動(dòng)器和平行板電容驅(qū)動(dòng)器的MEMS拉伸扭轉(zhuǎn)多軸疲勞特性實(shí)驗(yàn)裝置。同時(shí)利用平行板電容傳感器和梳狀電容傳感器原理，通過(guò)檢測(cè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中電容的變化，來(lái)獲得試樣拉伸和扭轉(zhuǎn)的幅度。
本發(fā)明的基本思路如下該裝置通過(guò)平行板電容和梳齒電容的合理組合，使平行板電容的垂直拉伸驅(qū)動(dòng)和梳狀電容的扭轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)在同一個(gè)裝置內(nèi)同時(shí)進(jìn)行而互不影響。達(dá)到了使疲勞試樣同時(shí)處于拉伸和扭轉(zhuǎn)應(yīng)力作用下的目的。該裝置主要組成部分有平行板電容驅(qū)動(dòng)器，平行板電容傳感器，梳狀電容驅(qū)動(dòng)器，梳狀電容傳感器，接地電極，拉伸驅(qū)動(dòng)電極，扭轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)電極，拉伸檢測(cè)電極，扭轉(zhuǎn)檢測(cè)電極。試驗(yàn)試驗(yàn)11由上下兩個(gè)半徑不同的圓柱體組成，兩個(gè)圓柱體沿軸向連接，在兩個(gè)圓柱體相接處的臺(tái)階71相當(dāng)于傳統(tǒng)疲勞試樣缺口的作用，其下端面面固定，上端面與驅(qū)動(dòng)器和傳感器相連為一體。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，通過(guò)拉伸驅(qū)動(dòng)電極和扭轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)電極分別為平行板電容驅(qū)動(dòng)器和梳狀電容驅(qū)動(dòng)器提供交流電信號(hào)，使試樣同時(shí)受到拉伸和扭轉(zhuǎn)應(yīng)力。平行板電容傳感器和梳狀電容傳感器分別通過(guò)拉伸檢測(cè)電極和扭轉(zhuǎn)檢測(cè)電極接直流電，可以檢測(cè)試樣的拉伸和扭轉(zhuǎn)幅度。
具體所采用的技術(shù)方案如下。疲勞試樣11位于圓心處，疲勞試樣11的上端面支撐有四個(gè)沿圓周方向分布的扇形懸置平板，即第一懸置平板40、第二懸置平板44、第三懸置平板42、第四懸置平板301，四個(gè)懸置平板與疲勞試樣11為一個(gè)整體并通過(guò)疲勞試樣11下面的底電極與接地電極1相連而接地；其中的三個(gè)懸置平板40、44、42的下面都設(shè)置有與之對(duì)應(yīng)的底電極41、45、43構(gòu)成三個(gè)平行板電容器4、13、8，第一平行板電容器4、第二平行板電容器13的底電極41、45通過(guò)拉伸驅(qū)動(dòng)電極14接交流電，構(gòu)成一對(duì)平行板電容驅(qū)動(dòng)器，使疲勞試驗(yàn)11受到拉伸應(yīng)力；第三平行板電容8的底電極43通過(guò)拉伸檢測(cè)電極9與振幅檢測(cè)電路相連構(gòu)成平行板電容傳感器，用于檢測(cè)疲勞試樣11拉伸的幅度；在第三懸置平板42、第四懸置平板301的沿半徑方向的兩個(gè)側(cè)面分別設(shè)置有懸置梳齒304、306、302、308，四個(gè)懸置梳齒分別與四個(gè)固定梳齒400、404、402、406配合構(gòu)成四個(gè)梳狀電容5、9、2、15，其中，第一固定梳齒404、第二固定梳齒402通過(guò)扭轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)電極10接交流電，使得第一梳狀電容2、第二梳狀電容9構(gòu)成一對(duì)梳狀電容驅(qū)動(dòng)器，使疲勞試驗(yàn)11受到扭轉(zhuǎn)應(yīng)力；第三梳狀電容5、第四梳狀電容15構(gòu)成一對(duì)梳狀電容傳感器，通過(guò)與第三固定梳齒400、第四固定梳齒406相連的扭轉(zhuǎn)檢測(cè)電極6接振幅檢測(cè)電路，用于檢測(cè)疲勞試驗(yàn)11的扭轉(zhuǎn)程度。
試驗(yàn)試驗(yàn)11由上下兩個(gè)半徑不同的圓柱體組成，兩個(gè)圓柱體沿軸向連接，在兩個(gè)圓柱體相接處的臺(tái)階71相當(dāng)于傳統(tǒng)疲勞試樣缺口的作用。圓柱形疲勞試樣為豎直放置，其所受拉伸應(yīng)力也為沿試樣軸向的豎直方向，疲勞試樣11的臺(tái)階處存在應(yīng)力集中，該臺(tái)階起到傳統(tǒng)疲勞實(shí)驗(yàn)中試樣缺口的作用，使疲勞現(xiàn)象易于觀察。
在試驗(yàn)時(shí)，平行板電容的上極板和梳狀電容的懸置梳齒均通過(guò)底電極接地，通過(guò)對(duì)平行板電容驅(qū)動(dòng)器的底電極施加交流電，使其上極板(懸置扇形平板)受到垂直方向的靜電力；同時(shí)對(duì)梳狀驅(qū)動(dòng)器的固定梳齒部分也施加頻率相同的交流電，使得懸置梳齒和與其相連的扇形懸置平板受到到周向的驅(qū)動(dòng)力。當(dāng)該電信號(hào)頻率達(dá)到平板的固有頻率后，平板將發(fā)生共振，在平板的帶動(dòng)下與平板相連的疲勞試樣就同時(shí)受到了拉伸和扭轉(zhuǎn)應(yīng)力的作用而處于典型的拉伸扭轉(zhuǎn)多軸應(yīng)力環(huán)境下。同時(shí)也利用平行板電容傳感器和梳狀電容傳感器原理，通過(guò)檢測(cè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中電容的變化，來(lái)獲得試樣拉伸和扭轉(zhuǎn)的幅度。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有明顯的優(yōu)勢(shì)和有益效果1、本發(fā)明綜合利用了靜電梳狀驅(qū)動(dòng)器橫向驅(qū)動(dòng)和平行板電容驅(qū)動(dòng)器垂直驅(qū)動(dòng)的特點(diǎn)。通過(guò)兩者合理的結(jié)合使疲勞試樣處在拉伸和扭轉(zhuǎn)同時(shí)作用的多軸應(yīng)力狀態(tài)下?？头爽F(xiàn)有裝置僅能構(gòu)單獨(dú)使用垂直驅(qū)動(dòng)或橫向驅(qū)動(dòng)的不足。
2、本發(fā)明分別利用平行板電容傳感器和梳狀電容傳感器原理，通過(guò)檢測(cè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中電容的變化，來(lái)獲得試樣拉伸和扭轉(zhuǎn)的幅度。
3、該裝置中平行板電容傳感器和梳狀靜電傳感器配合工作而互不影響。
4、為了使疲勞現(xiàn)象易于觀察，又考慮到加工工藝方面的要求，使疲勞試樣11由兩個(gè)沿軸向相接的圓柱體組成，兩個(gè)圓柱體之間的臺(tái)階相當(dāng)于傳統(tǒng)疲勞試樣中缺口的作用。
5、試樣與驅(qū)動(dòng)及檢測(cè)裝置連于一體，免去了夾持與對(duì)中的麻煩，具有加工容易，操作簡(jiǎn)便等特點(diǎn)。
6、該裝置具有加工簡(jiǎn)單，操作方便，容易獲取真實(shí)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，真實(shí)模擬MEMS構(gòu)件的多軸應(yīng)力環(huán)境等特點(diǎn)，因此對(duì)處于微尺度的MEMS構(gòu)件的扭轉(zhuǎn)疲勞特性的研究具有很高的價(jià)值。


圖1MEMS拉伸扭轉(zhuǎn)疲勞特性實(shí)驗(yàn)裝置正面全局圖其中1、接地電極，2、第一梳狀電容，3、扭轉(zhuǎn)檢測(cè)環(huán)臂，4、第一平行板電容，5、第三梳狀電容，6、扭轉(zhuǎn)檢測(cè)電極，7、拉伸檢測(cè)電極，8、第三平行板電容，9、第二梳狀電容，10、扭轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)電極，11、疲勞試樣，12、拉伸驅(qū)動(dòng)環(huán)臂，13、第二平行板電容，14、拉伸驅(qū)動(dòng)電極，15、第四梳狀電容，16、扭轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)環(huán)臂；圖2MEMS拉伸扭轉(zhuǎn)疲勞特性實(shí)驗(yàn)裝置立體結(jié)構(gòu)圖其中25、接地電極的金屬層，26、接地電極的結(jié)構(gòu)層，27、接地電極的固定層，20、接地電極的底電極層，21、扭轉(zhuǎn)檢測(cè)電極的金屬層，22、扭轉(zhuǎn)檢測(cè)電極的結(jié)構(gòu)層，23、扭轉(zhuǎn)檢測(cè)電極的固定層，24、扭轉(zhuǎn)檢測(cè)電極的底電極層，28、拉伸驅(qū)動(dòng)電極的金屬層，29、拉伸驅(qū)動(dòng)電極的結(jié)構(gòu)層，30、拉伸驅(qū)動(dòng)電極的固定層，31、拉伸驅(qū)動(dòng)電極的底電極層，32、扭轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)電極的金屬層，33、扭轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)電極的結(jié)構(gòu)層，34、扭轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)電極的固定層，35、扭轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)電極的底電極層，36、拉伸檢測(cè)電極的金屬層，37、拉伸檢測(cè)電極的結(jié)構(gòu)層，38、拉伸檢測(cè)電極的固定層，39、拉伸檢測(cè)電極的底電極層，40、第一懸置平板，41、第一平行板電容器的底電極，42、第三懸置平板，43、第三平行板電容器的底電極，44、第二懸置平板，45、第二平行板電容器的底電極；圖3MEMS拉伸扭轉(zhuǎn)疲勞特性實(shí)驗(yàn)裝置懸置平板立體結(jié)構(gòu)圖其中301、第四懸置平板，302、第二懸置梳齒，304、第三懸置梳齒，304、第一懸置梳齒，308、第四懸置梳齒；圖4MEMS拉伸扭轉(zhuǎn)疲勞特性實(shí)驗(yàn)裝置試樣部分立體結(jié)構(gòu)圖其中400、第三固定梳齒，402、第二固定梳齒，404、第一固定梳齒，406、第四固定梳齒；圖5MEMS拉伸扭轉(zhuǎn)疲勞特性實(shí)驗(yàn)裝置電極剖視6MEMS拉伸扭轉(zhuǎn)疲勞特性實(shí)驗(yàn)裝置疲勞試樣結(jié)構(gòu)圖其中70、實(shí)驗(yàn)試樣下面的固定層，71、臺(tái)階；圖7MEMS拉伸扭轉(zhuǎn)疲勞特性實(shí)驗(yàn)裝置試驗(yàn)裝配示意圖具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖1～5對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施例加以說(shuō)明本實(shí)施例的主要功能由梳齒電容和平行板電容來(lái)實(shí)現(xiàn)。根據(jù)在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中發(fā)揮作用的不同，這兩種電容又被分成了驅(qū)動(dòng)器和傳感器。其中驅(qū)動(dòng)器包括梳狀電容驅(qū)動(dòng)器如圖1中的2、9和平行板電容驅(qū)動(dòng)器如圖1中的4、13。傳感器包括梳狀電容傳感器如圖1中的5、15和平行板電容傳感器如圖1中8。
每個(gè)梳狀電容驅(qū)動(dòng)器和傳感器都由兩組交互的梳齒組成。其中一組梳齒固定，與之對(duì)應(yīng)的一組梳齒懸置。如圖1中的梳狀電容驅(qū)動(dòng)器2、9和梳狀電容傳感器5、15的固定梳齒部分為圖4中的402、404和400、406。懸置梳齒部分為圖3中的302、306和304、308。
每個(gè)平行板電容驅(qū)動(dòng)器和傳感器都由上下兩個(gè)極板組成。下極板(底電極)固定，上級(jí)板(懸置平板)位于下極板的正上方，并在試驗(yàn)試驗(yàn)11的上端面的支撐下懸空，如圖1中的平行板電容驅(qū)動(dòng)器4、13和平行板電容傳感器8，其中圖2中的40、44、42分別為其上極板(懸置平板)，41、45、43為固定在基底上的下極板(底電極)。
該實(shí)驗(yàn)的疲勞試樣11由兩個(gè)沿軸向相接的圓柱體組成，兩個(gè)圓柱體之間的臺(tái)階相當(dāng)于傳統(tǒng)疲勞試樣中缺口的作用，如圖6所示。其上端面與整個(gè)裝置的懸置部分(如圖3)連為一體。下端面的下面設(shè)置有固定層70和底電極20，并通過(guò)底電極20與接地電極1相連。整個(gè)裝置的懸置部分和疲勞試樣11在試驗(yàn)試樣11的下端面的固定層70的支撐下懸空。
試驗(yàn)過(guò)程中，拉伸驅(qū)動(dòng)電極14通過(guò)探針接交流電信號(hào)。交流電信號(hào)通過(guò)拉伸驅(qū)動(dòng)環(huán)臂12傳遞到平行板電容驅(qū)動(dòng)器4、13的下極板41、45。此時(shí)已接地的平行板電容驅(qū)動(dòng)器的上極板40、41就受到垂直方向的交變靜電力，當(dāng)該交流電信號(hào)的頻率接近懸置平板的固有頻率時(shí)，該平板就會(huì)發(fā)生共振。在平板的帶動(dòng)下，支撐該平板的疲勞試樣就受到了交變的拉伸應(yīng)力。
扭轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)電極10通過(guò)探針接交流電信號(hào)。交流電信號(hào)通過(guò)扭轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)環(huán)臂16和固定橫梁403、405傳遞到梳狀電容驅(qū)動(dòng)器2、9的固定梳齒部分402、404。此時(shí)已接地的梳狀電容驅(qū)動(dòng)器2、9的懸置梳齒部分302、306就受到了周向的交變靜電力，當(dāng)該交流電信號(hào)的頻率接近梳狀電容驅(qū)動(dòng)器懸置部分(懸置梳齒和與其相連的懸置平板)的固有頻率時(shí)，懸置部分就會(huì)發(fā)生共振。在梳狀驅(qū)動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)下，疲勞試樣11就受到了交變的扭轉(zhuǎn)應(yīng)力。
拉伸檢測(cè)電極7通過(guò)探針接振幅檢測(cè)電路。由于平行板電容傳感器8的上極板42通過(guò)疲勞試樣11的支撐懸置在空中，所以當(dāng)疲勞試樣11的長(zhǎng)度在拉伸應(yīng)力的作用下發(fā)生變化時(shí)，平行板電容傳感器8的電容會(huì)因?yàn)樯舷聵O板之間距離的變化而發(fā)生變化。振幅檢測(cè)電路將檢測(cè)到的電容變化數(shù)據(jù)傳送給計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)通過(guò)處理計(jì)算得到疲勞試樣的拉伸幅度。
扭轉(zhuǎn)檢測(cè)電極6通過(guò)探針接振幅檢測(cè)電路。由于梳狀電容傳感器5、15的懸置梳齒304、308和懸置平板42、301通過(guò)疲勞試樣11的支撐懸置在空中，所以當(dāng)疲勞試樣受到扭轉(zhuǎn)應(yīng)力的作用時(shí)，會(huì)帶動(dòng)梳狀電容傳感器的懸置梳齒發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)。這樣梳狀電容傳感器的電容就會(huì)發(fā)生變化，振幅檢測(cè)電路將檢測(cè)到的電容變化數(shù)據(jù)傳送給計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)通過(guò)處理計(jì)算得到疲勞試樣的扭轉(zhuǎn)幅度。
整個(gè)裝置的結(jié)構(gòu)和各構(gòu)件的尺寸均符合現(xiàn)有表面微機(jī)械加工的工藝求，通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)MEMS工藝加工而成，從上到下由金屬層，多晶硅結(jié)構(gòu)層，固定層和底電極層組成。裝置的懸置部分40、42、44、301、302、304、306、308和疲勞試樣11均位于多晶硅結(jié)構(gòu)層。五個(gè)電極的層結(jié)構(gòu)相同，以拉伸檢測(cè)電極為例進(jìn)行說(shuō)明。圖5為拉伸檢測(cè)電極的刨視圖，其中最上面的是金屬層36用于增強(qiáng)電極的導(dǎo)電性，金屬層下面是多晶硅結(jié)構(gòu)層37，多晶硅結(jié)構(gòu)層下面是固定層38，固定層下面是底電極層39。
如圖7所示，利用上述MEMS拉伸扭轉(zhuǎn)疲勞特性實(shí)驗(yàn)裝置所設(shè)計(jì)的微機(jī)械多軸疲勞特性試驗(yàn)方案。該方案示意圖參見(jiàn)圖7，主要由MEMS拉伸扭轉(zhuǎn)疲勞特性實(shí)驗(yàn)裝置操作臺(tái)60，終端控制裝置61，與終端控制裝置連接的信號(hào)發(fā)生器62，和將信號(hào)發(fā)生器的信號(hào)進(jìn)行放大的功率放大器63，以及與終端控制裝置輸入端相連的振幅測(cè)量電路62組成。
MEMS拉伸扭轉(zhuǎn)疲勞特性實(shí)驗(yàn)裝置芯片放于操作臺(tái)上，其電路連接由操作臺(tái)上探針64提供，疲勞試樣上方放有顯微鏡68，在顯微鏡68上設(shè)有CCD攝像機(jī)69用于觀測(cè)試驗(yàn)的進(jìn)行情況。信號(hào)發(fā)生器62產(chǎn)生的具有固定頻率的正弦信號(hào)通過(guò)功率放大器63放大后由探針64接入MEMS拉伸扭轉(zhuǎn)疲勞特性實(shí)驗(yàn)裝置的電極，檢測(cè)信號(hào)由探針66引出，接入振幅測(cè)量電路67，最后輸入終端控制裝置進(jìn)行分析處理。需要說(shuō)明的是終端控制裝置可以是計(jì)算機(jī)也可以是單板機(jī)微處理器。
最后應(yīng)說(shuō)明的是以上實(shí)施例僅用以說(shuō)明本發(fā)明而并非限制本發(fā)明所描述的技術(shù)方案；因此，盡管本說(shuō)明書(shū)參照上述的各個(gè)實(shí)施例對(duì)本發(fā)明已進(jìn)行了詳細(xì)的說(shuō)明，但是，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，仍然可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行修改或等同替換；而一切不脫離實(shí)用新型的精神和范圍的技術(shù)方案及其改進(jìn)，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
權(quán)利要求
1.MEMS拉扭疲勞特性實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于疲勞試樣(11)位于圓心處，疲勞試樣(11)的上端面支撐有四個(gè)沿圓周方向分布的扇形懸置平板，即第一懸置平板(40)、第二懸置平板(44)、第三懸置平板(42)、第四懸置平板(301)，四個(gè)懸置平板與疲勞試樣(11)為一個(gè)整體并通過(guò)疲勞試樣(11)下面的底電極與接地電極(1)相連而接地；其中的三個(gè)懸置平板(40、44、42)的下面都設(shè)置有與之對(duì)應(yīng)的底電極(41、45、43)構(gòu)成三個(gè)平行板電容器(4、13、8)，第一平行板電容器(4)、第二平行板電容器(13)的底電極(41、45)通過(guò)拉伸驅(qū)動(dòng)電極(14)接交流電，構(gòu)成一對(duì)平行板電容驅(qū)動(dòng)器，使疲勞試驗(yàn)(11)受到拉伸應(yīng)力；第三平行板電容(8)的底電極(43)通過(guò)拉伸檢測(cè)電極(9)與振幅檢測(cè)電路相連構(gòu)成平行板電容傳感器，用于檢測(cè)疲勞試樣(11)拉伸的幅度；在第三懸置平板(42)、第四懸置平板(301)的沿半徑方向的兩個(gè)側(cè)面分別設(shè)置有懸置梳齒(304、306、302、308)，四個(gè)懸置梳齒分別與四個(gè)固定梳齒(400、404、402、406)配合構(gòu)成四個(gè)梳狀電容(5、9、2、15)，其中，第一固定梳齒(404)、第二固定梳齒(402)通過(guò)扭轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)電極(10)接交流電，使得第一梳狀電容(2)、第二梳狀電容(9)構(gòu)成一對(duì)梳狀電容驅(qū)動(dòng)器，使疲勞試驗(yàn)(11)受到扭轉(zhuǎn)應(yīng)力；第三梳狀電容(5)、第四梳狀電容(15)構(gòu)成一對(duì)梳狀電容傳感器，通過(guò)與第三固定梳齒(400)、第四固定梳齒(406)相連的扭轉(zhuǎn)檢測(cè)電極(6)接振幅檢測(cè)電路，用于檢測(cè)疲勞試驗(yàn)(11)的扭轉(zhuǎn)程度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的MEMS拉扭疲勞特性實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于所述的試驗(yàn)試驗(yàn)(11)由上下兩個(gè)半徑不同的圓柱體組成，兩個(gè)圓柱體沿軸向連接，在兩個(gè)圓柱體相接處的臺(tái)階(71)相當(dāng)于傳統(tǒng)疲勞試樣缺口的作用。
全文摘要
本發(fā)明是一種MEMS拉伸扭轉(zhuǎn)疲勞特性實(shí)驗(yàn)裝置，屬于微納米尺度材料特性基礎(chǔ)研究領(lǐng)域。該裝置主要組成部分有平行板電容驅(qū)動(dòng)器，平行板電容傳感器，梳狀電容驅(qū)動(dòng)器，梳狀電容傳感器，接地電極，拉伸驅(qū)動(dòng)電極，扭轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)電極，拉伸檢測(cè)電極，扭轉(zhuǎn)檢測(cè)電極。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，通過(guò)拉伸驅(qū)動(dòng)電極和扭轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)電極分別為平行板電容驅(qū)動(dòng)器和梳狀電容驅(qū)動(dòng)器提供交流電信號(hào)，使疲勞試樣同時(shí)受到交變的拉伸和扭轉(zhuǎn)應(yīng)力。平行板電容傳感器和梳狀電容傳感器分別通過(guò)拉伸檢測(cè)電極和扭轉(zhuǎn)檢測(cè)電極接直流電，可以檢測(cè)疲勞試樣的拉伸和扭轉(zhuǎn)幅度。該微疲勞試驗(yàn)結(jié)構(gòu)裝置具有加工容易，操作簡(jiǎn)便等特點(diǎn)，對(duì)MEMS結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的研究具有很高的實(shí)用價(jià)值。
文檔編號(hào)G01M99/00GK1948943SQ20061011443
公開(kāi)日2007年4月18日 申請(qǐng)日期2006年11月10日 優(yōu)先權(quán)日2006年11月10日
發(fā)明者尚德廣, 賈冠華, 李立森, 王瑞杰, 孫國(guó)芹, 鄧靜, 劉豪 申請(qǐng)人:北京工業(yè)大學(xué)