对单晶硅微悬臂梁在高温环境下的动态特性进行了理论分析,研制了高温环境下的MEMS动态特性测试系统,采用压电陶瓷作为底座激励装置的驱动源,设计了一个可动的机构,解决了压电陶瓷在高温环境下使用的难题;通过激励装置进行冲击激励,使用激光多普勒测振仪对微悬臂梁的振动响应进行检测,对微悬臂梁受冲击后的时域信号进行分析,获得微悬臂梁的谐振频率。利用研制的高温环境下MEMS动态特性测试系统,在室温至300℃的温度环境下对单晶硅微悬臂梁的动态特性进行了测试,结果表明随着温度的升高其谐振频率会有轻微的减小,验证了理论分析的结果。

通过对挠性摆式加速度计偏值误差的来源分析,提出了导电游丝引入的干扰力矩是偏值误差的重要来源的观点。由于加速度计的偏值误差影响因素较多且无法采用实验的方法逐一分析,因此建立人工绕线方式下导电游丝的数学模型,采用有限元方法对导电游丝进行分析,发现相同焊接位移下,绕线方式对偏值误差有较大影响。在此基础上,提出了导电游丝的多种优化方案,以期为减小该型加速度计的偏值误差奠定基础。

研制了低温环境下MEMS动态特性测试系统。对低温环境的产生及其关键问题、低温环境下的激励方法、信号检测方法,及高速数据采集方法进行了初步研究。采用半导体冷阱产生低温环境,为防止低温下结霜对测试精度造成影响,测试在真空环境中进行。研制了基于压电陶瓷的底座激励装置,用于低温环境下对微器件激励。采用2种方法用于低温环境下微器件振动响应信号的检测,一种是采用内置敏感元件的方法,被测微器件受到激励后自身输出信号,经高速数据采集单元采集进入计算机 另一种是采用激光多普勒测振仪在低温环境外部进行检测。以LabVIEW为平台开发了测试系统控制软件,实现了微器件激励、数据采集、存储自动化。对系统的总体设计、硬件组成、系统功能、实验研究等方面作出了详细阐述。