Project Description
振动测量
用于小样品模态分析的PICOSCALE测振仪
PICO SCALE测振仪是一种交钥匙解决方案，用于测量尺寸从几微米到几厘米的微机械结构的振动。应用包括MEMS、传感器、微型扬声器以及轴承和执行器的测试。由于该仪器配备了集成显微镜，可以测量高达1万像素，因此非常适合以高空间和时间分辨率可视化振动模式。
使用SmarAct扫描测振仪进行百万像素模态分析
PICO SCALE测振仪是一种交钥匙解决方案，用于测量尺寸从几微米到几厘米的微机械结构的振动。应用包括MEMS、传感器、微型扬声器以及轴承和执行器的测试。由于该仪器配备了集成显微镜，可以测量高达1万像素，因此非常适合以高空间和时间分辨率可视化振动模式。
- 光非接触式测量
- 扫描激光干涉仪测量平面外运动（沿激光束方向）
- 测量带宽高达 2.5 MHz（10 MHz 采样率），分辨率低于 1 pm
- 集成红外共聚焦显微镜，光学分辨率低至2 μm
- 封装MEMS的模态分析
- 面内运动的频闪成像（垂直于激光束的方向）
- 交钥匙仪器配有振动台
当物体运动时，高阶弯曲模式通常会导致复杂的振动模式，这种现象在传感器和执行器的设计中至关重要。为了对此类设备进行全模态分析，PICO SCALE测振仪的测量激光在样品上扫描，并测量每个像素的振动。根据记录的数据，可以重建振动图像。
SmarAct还提供非扫描测振仪，可测量多达3个点的振动和运动，这是跟踪3D运动系统动力学以及识别机器噪声源的解决方案。
工作原理
振动是用迈克尔逊干涉仪的紧密聚焦激光光束测量的，因此采用与PICOSCALE干涉仪相同的测量原理。 可以在时域或频域中分析每个像素处记录的位移。此外，该仪器还配备了锁相放大器，无需数据后处理即可对弯曲模式进行直接成像。
测量激光在样品上的扫描由3D SmarAct定位系统执行，该系统可以对尺寸从几微米到20毫米的结构进行成像。由于使用了具有nm分辨率的闭环压电定位器，因此激光束的定位具有高度可重复性。
为了激发样品，振动可以由压电振动台诱导，也可以直接由PICOSCALE振动计产生的电信号引起。
PICOSCALE测振仪的一个独特功能是同时使用干涉仪激光束来记录样品的显微镜图像。因此，该显微镜图像本质上与振动测量结果对齐，并且不需要单独的显微镜成像系统。
技术参数规格
|
测振计
|
|
|
分辨率 1
|
<1 pm
|
|
带宽 2
|
2.5 MHz
|
|
显微镜
|
|
|
光学横向分辨率 3
|
2 – 7 μm
|
|
光学轴向分辨率 3
|
7 – 90 μm
|
|
工作距离 3
|
1.5 – 10 mm
|
|
最大成像尺寸
|
20 x 20 mm
|
|
最小像素尺寸
|
1 μm
|
|
最大像素数目
|
1000 x 1000
|
|
尺寸
|
|
|
控制器
|
2 件，每件 33 x 27 x 7.2 厘米（宽 x 长 x 高），总重量 7.6 千克 |
|
XYZ定位系统
|
5.5 x 11.0 x 7.5 厘米（宽 x 长 x 高），重量 0.25 千克
|
|
仪器支架
|
花岗岩 15 x 20 x 4 厘米（宽 x 长 x 高），不锈钢柱 2.5 x 15 厘米（直径 x 高），总重量 4.3 千克
|
|
振动台
|
8 x 1.5 厘米（直径 x 高），重量 0.5 千克
|
测量封装MEMS的振动
当MEMS封装在硅外壳中时，如果不打开它们，就不可能使用传统的光学测量方法来评估其动态性能。PICO SCALE测振仪采用具有共聚焦检测方案的红外测量激光器，为通过硅外壳分析运动传感器的动力学开辟了道路。
我们感谢TDK集团旗下的InvenSense对本应用示例的支持。
测量全硅扬声器内的横向振动
除了面外振动的干涉测量之外，PICOSCALE 测振仪还允许使用红外共聚焦显微镜对封装设备的面内振动进行成像。在这里，我们测试了一种创新的MEMS扬声器设计，其中声压由多个横向移动的静电弯曲致动器产生。
我们感谢弗劳恩霍夫光子微系统研究所提供的样品以及他们对本应用说明的支持。
识别智能手机扬声器的不声音共振
表征扬声器的动态响应对于优化其在各种电器中的性能至关重要。在这里，我们使用SmarAct的PICO SCALE测振仪来分析来自不同制造商的两个智能手机扬声器的响应。仪器能够直接对机械结构的振动模式进行成像，从而可以将振幅谱中的不连续性归因于扬声器振膜或外壳的特定共振。
使用测振法测试超声换能器
超声波换能器的性能可以通过测量由电脉冲引起的机械运动来评估。PICOSCALE测振仪允许通过干涉测量精确测量换能器表面的亚纳米运动。
我们感谢Vallen Systeme GmbH对本应用示例的支持。
-
Measuring lateral vibrations within all-silicon loudspeakers642.8 KiB
-
Identifying unsound resonances of smartphone loudspeakers260.8 KiB
-
Measuring the mechanical resonance of a camera unit within a smartphone400.3 KiB
-
Testing ultrasonic transducers with vibrometry476.8 KiB
-
Imaging vibrations inside acoustofluidic devices910.6 KiB
-
Measuring cantilever bending modes and displacements with sub-pm resolution380.0 KiB
-
Measuring vibrations of encapsulated MEMS835.0 KiB
-
Measuring through obstacles with confocal optics522.3 KiB
-
Dissecting the dynamic response of an ultra-fast actuated mirror381.3 KiB
-
Measuring vibrations in vacuum203.0 KiB
-
Testing a drone motor with single point vibrometry600.8 KiB
-
Sound recording with a glass window694.3 KiB
-
Single point vibration measurement on a Tungsten cantilever248.4 KiB
-
Height and vibration measurements of spiral shaped accelerometers482.9 KiB
-
Measuring the mechanical behavior of wire bonds307.5 KiB
Your Content Goes Here
PICOSCALE测振仪 —控制器
PICOSCALE测振仪包含两个控制器，系统控制器和载物台控制器：
系统控制器包含所有必要的光学元件和电子设备，以产生红外激光束并检测干涉信号。此外，它还包含将测量的干涉数据转换为位置信号并提取其幅度和频率的电路。载物台控制器包含用于在闭环中操作XYZ定位载物台的电子设备。此外，它还提供对内部系统信号的访问，并包含一个功率放大器来驱动振动台级。
PICOSCALE测振仪 —XYZ定位系统
XYZ定位系统固定传感器头并扫描样品上的激光束。XYZ定位系统用于定位干涉仪的探头光束，并将其扫描到感兴趣的区域。定位系统围绕三个SmarAct闭环定位器构建，封闭在一个紧凑的保护外壳中。每个定位器的最大扫描范围为 20 mm，可重复性为 50 nm。传感器头安装在最低位置。XYZ 定位系统安装在直径为 25 mm 的立柱上，因此可以轻松调整其高度以适应不同尺寸的样品。甚至可以将定位系统从其安装柱上拆下，以便将其安装在自定义设置中或与其他仪器组合。
PICOSCALE测振仪 — F03传感器探头
用于微观样品的带有聚焦光束的传感器探头包含实际的干涉仪，并通过光纤与控制器连接。F03传感器探头包含一个迈克尔逊干涉仪，可以与各种物镜结合使用，将测量激光束聚焦到微米大小的光斑上。这允许以皮米分辨率测量微观目标的周期性位移。结合PICOSCALE测振仪，传感器头也可用于高分辨率共聚焦显微镜。
PICOSCALE测振仪 —振动台
为了推断样品的频率响应，振动台以高达1.5 MHz的频率激励它。摇床载物台可用于在很宽的频率范围内机械驱动样品。它基于基于快速压电陶瓷的执行器，安装在坚固的不锈钢外壳中，由载物台控制器驱动。为了能够可靠地分析样品的动态特性，对摇床台进行了优化，通过最小化其振幅谱中的明显峰值来提供平滑的响应。
PICOSCALE测振仪 —软件
该软件用于配置和控制系统，并为数据分析提供强大的选项。PICO SCALE测振仪提供两个可以并行操作的程序。
- 需要测振仪控制软件才能使用普通PC操作仪器。直观的用户界面允许通过点击几下鼠标来执行复杂的测量。
- 提供测振仪视图软件来分析记录的测振数据。它包含多种选项来处理数据以进行2D和3D可视化优化，还可以将记录的二进制数据文件导出为第三方软件可以轻松导入的格式。
