微型加速度計的測試裝置的製作方法

2023-05-09 20:49:56

專利名稱：微型加速度計的測試裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種加速度計性能的測試技術，特別是涉及一種微型加速度計的
測試裝置。
背景技術：
隨著微機電系統(MEMS， Micro Electro-Mechanical System)技術的發展，很多基 於MEMS技術的微型加速度計已經面世，並且在汽車、航空航天、通訊等領域中得到廣泛地 應用。但對於微型加速度計來說，在器件的研製、封裝以及其他相關的加工製作過程中，難 免會對器件的性能產生不利的影響；此外，器件經過一段時間的使用後，由於材料老化、溫 度、溼度等不同環境條件等原因導致其性能必然會產生一定漂移，經過一定時間的累積後 所造成的誤差會相當地大，因此，無論是對剛剛出廠的成品還是對於正在使用中的產品，都 需要一個穩定而高效的測試平臺，對產品的性能進行標定和校正。 傳統的加速度計的標定和校正的方法是在分度頭上進行的，中北大學在前人的研 究基礎上對軸心差角的測試方法做了相應的改進，不過，其測量設備仍然比較昂貴，而且， 它更適用於單軸加速度計性能的測試，對於雙軸和三軸加速度計來說，必須要手動拆裝才 可以完成加速度在不同軸向上的性能測試和標定。這樣不僅降低了測量的精確性，也難以 在本質上提高測量的效率。 轉臺是另一種常用的加速度計測試平臺，但是其結構相對複雜，且價格非常昂貴， 至於可以測量三個軸向上的器件性能的三軸轉臺，其價格就更加昂貴。對於加速度計的常 規性能測試來說，測試的成本會大幅度增加。

實用新型內容本實用新型要解決的技術問題是為了克服現有技術的缺陷，提供一種微型加速度
計的測試裝置，其能完成器件的靈敏度和零點偏置等多種性能的測試；此外，本實用新型提
出的測試裝置能夠放在不同的環境下，即在多種測試環境條件下完成對器件性能的測試。 本實用新型是通過下述技術方案來解決上述技術問題的一種微型加速度計的測
試裝置，其特徵在於，其包括馬達、傳動軸、法蘭、測試母板、Y方向定位板、間隔塊、測試板、X
方向定位板、插槽、轉動裝置、連接裝置、待測器件定位槽和引線條，馬達為測試平臺的轉動
提供動力，傳動軸是馬達的動力傳輸裝置且與馬達連接，法蘭是將測試母板和連接裝置固
定在傳動軸上，測試母板上裝有用於測試一待測器件信號的測試迴路並輸出信號，Y方向定
位板和X方向定位板固定在連接裝置上，間隔塊固定於測試板的一端，測試板為兩塊並相
對於馬達轉動的軸心對稱安置，測試板上裝有待測器件定位槽且一端插入插槽中，插槽安
裝在轉動裝置上並分別置於X方向定位板的兩側，連接裝置固定在法蘭上，引線條位於測
試板的一端，連接測試板上的待測器件與插槽的電信號。 優選地，所述Y方向定位板和X方向定位板組成牢固的"T"字形正交結構。 優選地，所述插槽與測試母板有電線連接。[0009] 優選地，所述連接裝置用於機械連接轉動裝置、X方向定位板和Y方向定位板。 本實用新型的積極進步效果在於本實用新型能完成器件的靈敏度和零點偏置等 多種性能的測試；此外，本實用新型提出的測試裝置能夠放在不同的環境下，即在多種測試 環境條件下完成對器件性能的測試，比如不同的溼度、溫度等條件。測試裝置的整體結構 簡單，價格便宜，操作便利，能根據需要一次可以測試多顆器件的性能，因此，本實用新型有 利於提高測試器件的效率，大幅度降低器件的測試成本。

圖1為本實用新型三軸微型加速度計整體測試裝置XOY面內的結構示意圖(此時 測試板平行於Y0Z平面)。 圖2為測試板平行於YOZ平面時，測試板附近的結構示意圖。 圖3為測試板處於垂直於X軸方向時，測試裝置Y0Z面內的結構示意圖。 圖4為三軸微型加速度計整體測試裝置XOY面內的結構示意圖(此時測試板平行
於X0Z平面)。 圖5為測試板平行於X0Z平面時，X0Y面內測試板附近的結構示意圖。
具體實施方式
以下結合附圖給出本實用新型較佳實施例，以詳細說明本實用新型的技術方案。 本實用新型提供一種三軸微型加速度計靜態性能指標的測試裝置及其測試方法。 如圖l-5所示，本實用新型測試三軸微型加速度計典型性能指標的裝置包括馬達1、傳動 軸2 、法蘭3 、測試母板4、 Y方向定位板5 、間隔塊6 、測試板7 、 X方向定位板8 、插槽9 、轉動 裝置10、連接裝置13、待測器件定位槽14和位於測試板7上的引線條15。其中馬達1為測 試平臺的轉動提供動力，測試平臺可以沿著轉動方向轉動；傳動軸2是馬達1的動力傳輸裝 置且與馬達1連接，為測試平臺的轉動傳輸動力；法蘭3是將測試母板4和連接裝置13固 定在傳動軸2上的裝置；測試母板4安裝在法蘭3上，測試母板4上裝有用於測試器件信號 的測試迴路，通過插槽9與測試板7上的引線條15相互連接電信號，用於測量器件並輸出 信號，輸出信號可以是電壓信號或電容信號；Y方向定位板5和X方向定位板8組成牢固的 "T"字形正交結構，並固定在連接裝置13上；間隔塊6固定於測試板7的一端，在轉動裝置 10完成90°的轉動後，確保測試板7與X方向定位板8保持平行；測試板7為兩塊來組成 一對，並相對於馬達1轉動的軸心對稱安置，測試板7上裝有待測器件定位槽14，將帶有引 線條15的一端插入插槽9中，可將待測器件定位槽14與測試母板4形成電信號連接；插槽 9安裝在轉動裝置10上，並分別置於X方向定位板8的兩側，與測試母板4有電線連接，插 槽9內部帶有引線條15 ;轉動裝置10安裝在連接裝置13上，能夠沿Z軸在XOY平面內與Y 軸成90度的翻轉運動；連接裝置13固定在法蘭3上，用於機械連接轉動裝置10、X方向定 位板8和Y方向定位板5，確保轉動裝置10及其上面的插槽9和帶有間隔塊6的測試板7 能夠隨著馬達1的轉動而一起轉動；待測器件定位槽14安裝在測試板7上，待測器件可安 裝在待測器件定位槽14上，待測器件的Y感應軸方向朝上，X感應軸方向垂直於傳動軸2， 每塊測試板7上可至少安裝一個待測器件，待測器件為一加速度計器件，可以是單軸加速 度計、雙軸加速度計或三軸微型加速度計；引線條15位於測試板7的一端，連接測試板7上的待測器件與插槽9的電信號。 本實用新型三軸微型加速度計靜態性能指標的測試方法是通過重力的作用給加 速度計器件施加一個地球引力單位的加速度，定義一個重力加速度單位大小為lg，方向始 終豎直向下。通過馬達的轉動和測試板的翻轉來改變加速度計器件的軸心方向，使之在重 力的作用下受到三個軸向上的加速度的作用，以此來測試加速度計器件在三個感應軸向上 的性能指標。按照這種測試方法，本實用新型也適用於對單軸和雙軸加速度計的性能的測 試。當測量器件的感應軸方向與Y軸方向平行時，先將加速度計器件的感應軸方向處於+lg 的作用下，通過微調馬達的轉動角度，使測得的輸出信號為最大時，此時可以確定加速度計 器件的實際感應軸方向，其輸出信號為U1 ;同理，旋轉180。後，得到加速度計器件處於-lg 的作用下的最大的輸出數據U2。 本實用新型在馬達轉動時，驅使器件隨之在YOZ面內轉動，使加速度計器件的受 重力作用方向在Y和Z方向上得到改變；測試板在X0Y面內沿Z軸翻轉90。後，加速度計器 件的X軸處於Y方向，當馬達轉動時，驅使器件隨之在YOZ面內轉動，加速度計器件的X感 應軸的受重力作用，從而完成器件在X、 Y、 Z三個軸向上的性能測試，由此， 一次測試就可以 完成三個軸向上的性能測試。 其中，本實用新型X軸的測試包括以下步驟 Al，先測量測試板未翻轉前，測試板面垂直於馬達旋轉的軸心，此時，加速度計器 件的X感應軸與馬達旋轉的軸心平行，感應信號為0。 A2，測試板在X0Y面內沿Z軸翻轉9(T後，由於加速度計器件的Z感應軸受重力 作用方向並沒有發生改變，因此，再次測試加速度計器件的Z感應軸方向上的性能，將兩次 測試結果相對比，可以確保測試板翻轉的角度為90° ，此時，測試板面平行於馬達轉動的軸 心。 A3，測試板在X0Y面內沿Z軸翻轉90。後，加速度計器件的X感應軸方向與Y軸方 向平行。 A4，受重力作用，在馬達旋轉前，加速度計器件的X感應軸信號為-lg(上板)和
+lg，旋轉180°時，測試X感應軸信號為+lg和_lg。 其中本實用新型Y軸和Z軸的測試包括以下步驟 Bl，首先測試Y感應軸+lg的信號，此時Z感應軸方向與重力方向垂直，感應信號
為0。驅動馬達順時針旋轉90。，測試Z感應軸+lg的信號，此時Y感應軸方向與重力方向
垂直，感應信號為O。驅動馬達順時針旋轉到180° ，測試Y感應軸-lg的信號，此時Z感應
軸方向與重力方向垂直，感應信號為O。驅動馬達順時針旋轉到270。，測試Z感應軸-lg
的信號，此時Y感應軸方向與重力方向垂直，感應信號為O。 B2，Y，Z軸測量結束後，驅動馬達逆時針旋轉270。，回到初始位置。 上述方法中，在確定了器件在正、負重力加速度作用下的輸出信號的同時，也確定
了器件的實際的敏感方向，次敏感方向與器件標定的敏感方向的角度，即為器件的軸心差
角。當然，軸心差角的測量精度與馬達的轉動角度的步長精度相關。由於軸上的輸出信號
與角度的餘弦成正比，因而，即使加速度計沒有處於正交方向，所帶來的誤差不是很大。比
如，若存在5。的方向偏差，測量結果大約會產生0.4%的誤差；為了提高測量的精度，再通
過反向旋轉、多次測量、求平均值的方法來降低實際的測量誤差。由於操作測量裝置的方法簡單，因此，上述誤差消除的方法很容易實現。 當然，對於加速度計器件本身來說，靜態偏置是普遍存在的現象。設處在正、負 重力加速度的作用下輸出的數據分別為U/、 U/，靈敏度為S，靜態偏置為U。ff，則滿足公式 (1): U/ = Sxlg+U。ff ;U2， = Sx(-lg)+U。f--------公式(1) 由此可得 器件的靈敏度S為S = (U/ _U2' )/2，單位每g 器件的靜態偏置U。ff為U。ff = (V +U2， ) /2 在此基礎上，如果待測器件為單軸微型加速度計，那麼，按照上述的操作方法，也 可以測得器件的橫向靈敏度，即加速度計器件在承受一個正交於敏感軸方向的加速度時， 其敏感軸方向的輸出與輸入加速度的比值。將單軸加速度計旋轉到正交於器件敏感軸的方 向，即在90。和27(T時，再將測得的輸出數據利用上述靈敏度的公式進行計算，就可以得 到器件的橫向靈敏度。 如果待測的加速度計為三軸加速度計，那麼利用上述方法，就可以直接測出X和Y 方向上的靈敏度和靜態偏置。而對於Z軸方向上的性能測試，只需要將測試板7翻轉到如 圖4所示的位置，就可以實現。其具體的操作步驟是 i)先測出未翻轉前，加速度計器件在Y和Z方向上的靈敏度； ii)翻轉測試板後，再次測量Z方向上的靈敏度，以確保翻轉前後對器件性能測試 的結果保持一致； iii)當上述兩步測試的結果一致時，或者在允許的誤差範圍內，再驅動馬達轉動， 使待測加速度計器件的軸心旋轉到正交於原來的方向上，如圖4所示，即在90°和270° ， 由此來完成對加速度計器件在X軸方向的性能測試。 此外，根據馬達的驅動能力、測試裝置的承載能力、以及測試精度的要求等條件， 測試板的面積大小可以按照要求來定製，通過一次測試多顆器件的方式，可以大幅度提高 測試的效率，降低測試的成本。 最後，從測試的過程可以發現，改變器件的受力方向，特別是在測試感應軸為X軸 時的性能時，不必像傳統的測量方法那樣，通過手動拆裝來改變器件的受力方向，使操作的 過程更加便利，而且，既能保證測試的精度，又能提高測試的效率。靈敏度、軸心差角、靜態 偏置等性能指標的測試。同時，適當改變測試環境的溫度和溼度等條件，可以完成基於此測 試裝置的加速度計相關性能的測試。比如通過對測試環境的改變，也可以實現對不同環境 條件下器件性能的測試，如不同溫度和溼度對器件性能的影響等。 雖然以上描述了本實用新型的具體實施方式
，但是本領域的技術人員應當理解， 這些僅是舉例說明，在不背離本實用新型的原理和實質的前提下，可以對這些實施方式做 出多種變更或修改。因此，本實用新型的保護範圍由所附權利要求書限定。
權利要求一種微型加速度計的測試裝置，其特徵在於，其包括馬達、傳動軸、法蘭、測試母板、Y方向定位板、間隔塊、測試板、X方向定位板、插槽、轉動裝置、連接裝置、待測器件定位槽和引線條，馬達為測試平臺的轉動提供動力，傳動軸是馬達的動力傳輸裝置且與馬達連接，法蘭是將測試母板和連接裝置固定在傳動軸上，測試母板上裝有用於測試一待測器件信號的測試迴路並輸出信號，Y方向定位板和X方向定位板固定在連接裝置上，間隔塊固定於測試板的一端，測試板為兩塊並相對於馬達轉動的軸心對稱安置，測試板上裝有待測器件定位槽且一端插入插槽中，插槽安裝在轉動裝置上並分別置於X方向定位板的兩側，連接裝置固定在法蘭上，引線條位於測試板的一端，連接測試板上的待測器件與插槽的電信號。
2. 如權利要求1所述的微型加速度計的測試裝置，其特徵在於，所述Y方向定位板和X 方向定位板組成牢固的"T"字形正交結構。
3. 如權利要求1所述的微型加速度計的測試裝置，其特徵在於，所述插槽與測試母板 有電線連接。
4. 如權利要求1所述的微型加速度計的測試裝置，其特徵在於，所述連接裝置用於機 械連接轉動裝置、X方向定位板和Y方向定位板。
專利摘要本實用新型公開了一種微型加速度計的測試裝置，測試裝置的馬達為測試平臺的轉動提供動力，傳動軸是馬達的動力傳輸裝置且與馬達連接，法蘭是將測試母板和連接裝置固定在傳動軸上，測試母板上裝有用於測試一待測器件信號的測試迴路並輸出信號，Y方向定位板和X方向定位板固定在連接裝置上，間隔塊固定於測試板的一端，測試板為兩塊並相對於馬達轉動的軸心對稱安置，測試板上裝有待測器件定位槽且一端插入插槽中，插槽安裝在轉動裝置上並分別置於X方向定位板的兩側，連接裝置固定在法蘭上，引線條位於測試板的一端，連接測試板上的待測器件與插槽的電信號。本實用新型能完成器件的靈敏度和零點偏置等多種性能的測試。
文檔編號G01P21/00GK201464494SQ20092007430
公開日2010年5月12日 申請日期2009年7月21日 優先權日2009年7月21日
發明者付世, 華亞平, 鄒波 申請人:深迪半導體(上海)有限公司