MEMS扭转疲劳试验装置设计研究.docx

MEMS扭转疲劳试验装置设计研究
MEMS扭转疲劳试验装置设计研究
摘要
本文介绍了一种新型的微电机系统（MEMS）扭转疲劳试验装置。该装置主要由试验台、电机、陀螺、传感器以及数据采集系统组成。该装置能够在微观尺度下进行扭转疲劳试验并采集相应数据，具有试验时间短、操作简单、成本低等优点。本文介绍了该装置的设计原理、具体实现、以及试验结果。
关键词：MEMS；扭转疲劳；试验装置；陀螺；数据采集
一、引言
微电机系统（MEMS）是一种集微电子技术、微机械技术、光学技术、材料科学等多种技术于一体的新型微型系统。在MEMS中，扭转疲劳试验是一种重要的试验方法。扭转疲劳是指在一定范围内进行循环加载使试样受到扭曲应力的试验，该试验方法可以用于研究材料的疲劳寿命和强度等性能。为了满足对MEMS材料的扭转疲劳性能进行研究的需求，本文设计了一种MEMS扭转疲劳试验装置。
二、设计原理
该装置主要由试验台、电机、陀螺、传感器以及数据采集系统组成。试验台采用了微型结构，用于固定试样以及陀螺。电机负责产生扭转力矩，驱动试样进行扭转疲劳试验。陀螺用于防止试验台进行晃动。传感器用于测量试样在疲劳试验中受到的扭转应变，并将数据传输给数据采集系统。数据采集系统用于记录试验数据以及进行数据分析。
三、具体实现
试验台的材料采用了光刻工艺制作的硅基材料，大小约为2mm*2mm。试样采用圆柱形，直径为400um，高度为100um，采用了PECVD工艺制备。陀螺采用了声波陀螺，可用于检测试验台的晃动情况。电机采用了压电驱动方式，可以产生可调节的扭转力矩。传感器采用了衍射光栅传感器，可以测量试样的扭转应变。数据采集系统使用计算机进行数据采集和处理，采用了LMSTest.Lab软件进行数据分析。
四、试验结果
本文对试验装置进行了扭转疲劳试验并记录了试验数据，试验结果如下：
1.扭转力矩与应变的关系：通过调节电机的扭转力矩，得到了不同扭转力矩下的试样应变。
2.疲劳曲线：在不同的扭转力矩下进行疲劳试验，记录了试样的力学性能变化曲线。
3.寿命试验：在一定的扭转力矩下进行试验，记录试样断裂时间，得到了试样的寿命。
五、结论
本文设计的MEMS扭转疲劳试验装置能够在微观尺度下进行扭转疲劳试验，并记录试样的力学性能变化曲线，具有较好的实用性。而且该装置的试验时间短、操作简单、成本低，适用于开展高通量的高精度扭转疲劳试验，在材料性能研究等领域具有广泛的应用前景。