應用數字全息顯微鏡DHM檢測分析MEMS陀螺儀諧振頻率

概述

陀螺儀動態特性測試方法主要分為三類：躍階法、反饋法和頻率法[1-2]，其中階躍法受經驗公式和突停臺限制精度較低，反饋法在測量中受多種因素影響不利于實際應用。頻率法是目前應用最多的動態特性測試方法[3]。

來自瑞士洛桑理工的數字全息顯微鏡DHM是一項創新的產品，不同于以上三種方法，DHM拍攝單張全息圖即可實時重建樣品的三維形貌信息，并且縱向達到了亞納米精度。配套軟件MEMS Analysis Tool提供了量化和精確的3D空間分析和頻率分析，離面運動精度達到MEMS激光測振儀精度（5pm），面內運動精度則遠超MEMS測振儀精度，達到了1nm。

待測MEMS陀螺儀器件情況如下：
（1）驅動：需要施加正弦交流信號，幅值5mA，頻率掃描范圍：10KHz-100KHz；

（2）檢測：得到器件的諧振頻率，得到位移-頻率的幅頻響應曲線；

（3）器件的運動方向是面內運動，即X,Y平面內運動（理想情況），位移不超過5微米；器件不同地方位移量不同；

（4）器件已經和PCB板連接，需要探針扎到PCB板上的電極來施加信號。

測量儀器與方法簡介：

所采用數字全息顯微鏡型號為DHM-R-2100，選配了頻閃模塊和MEMS analysis Tool軟件，可測頻率可達25MHz，可測量視野里任意方向的面內面外復雜運動的振幅、相位、位移、速度、加速度等。

測量結果與分析：

針對該批待檢測陀螺儀先是采用電學測量方法估計了器件諧振頻率大概范圍，以縮小掃描范圍加快測量速度。接下來采用掃頻方式進行了快速測量，快速找到了器件的諧振峰，快速完成了諧振分析。

對于未起振的器件，部分大的器件可能是電壓過大已失效，部分小的器件可能是剝蝕工藝不過關未剝離，需采用壓電陶瓷再次確認是否起振。

[1] Jiang Qing憶 an, Wu Wenqi. Temperature adaptability of digital control circuit and dynamic characteristic study for hemispherical resonator gyro [D]. Changsha: National University of Defense Technology, 2003.

姜慶安,吳文啟 .半球諧振陀螺數字控制電路溫度適應性及陀螺動態特性研究 [D]. 長沙:國防科 技大學,2003.

[2] Zhao Xiaoning, Han Zonghu, Li Xianluo, et al. Improving mechanically dithered RLG vibration performance [J]. Infrared and Laser Engineering, 2016, 45(7): 0731003. (in Chinese)

趙小寧 , 韓宗虎 , 李縣洛等 . 提高機械抖動激光陀螺抗振性能 [J]. 紅外與激光工程 , 2016, 45(7): 0731003.

[3]張 謝，葉宗民. 激光多普勒測振儀對激光陀螺動態特性測試分析[J].紅外與激光工程,2017,47(7):0706005