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皮秒级振动计:交钥匙扫描激光振动计
PICOSCALE振动计是一款用于测量尺寸范围从几微米到几厘米的微机械结构振动的交钥匙解决方案。其应用涵盖MEMS、传感器、微型扬声器的测试,同时也适用于轴承和执行器的检测。该设备配备集成显微镜,可实现高达100万像素的测量,能以高空间和时间分辨率清晰呈现振动模式。
- 基于光学的非接触测量
- 亚皮米级灵敏度的扫描激光振动计
- 直流至5兆赫兹测量带宽,10兆赫兹采样率
- 集成红外共聚焦显微镜,光学分辨率达2微米
- 支持平面外(与激光束平行)及平面内(与激光束垂直)方向的百万像素振动模式成像
- 可对硅、玻璃、水等(半)透明材料进行表面及透射测量
- 封装MEMS的振动特性表征
- 配备振动台及软件的整套交钥匙仪器
工作原理
SmarAct PICOSCALE振动计基于成熟的迈克尔逊干涉仪原理,是广受欢迎的激光多普勒振动计的替代方案。在此光学系统中,相干激光束经分束器分为两路,每束光先经参考镜和目标镜反射后再重新合束。生成的干涉图样精确记录了位移或折射率变化引起的光程变化,这些变化可直接转化为亚皮米级精度的非接触式振动测量数据。
通过对干涉定位信号进行傅里叶变换,系统能将最复杂的振动分解为独立频率分量,从而精确测定振动幅值、相位及频率,深入解析微结构与材料的动态行为。
结合SmarAct先进的控制与分析软件,PICOSCALE振动计实现了无与伦比精度的非接触式光学振动测量。这使其成为MEMS测试、传感器表征、微流体技术等众多领域的理想解决方案。
激光扫描振动测量法
在激光扫描振动测量技术中,聚焦激光束可对样品表面进行非接触式振动测量,从而精确分析其动态行为。当物体开始运动时,高阶弯曲模态会形成复杂的振动模式。这些现象对MEMS器件、传感器及执行器的设计与优化至关重要。
通过模态分析,PICOSCALE振动计可捕捉并以二维或三维形式可视化这些振动模式,揭示最大振幅区域与静止节点。这些节点的空间分布定义了每种振动模式,为工程师提供微结构机械性能的关键洞察。通过在样品表面移动激光束,激光扫描振动测量技术可生成完整的高分辨率振动特性图谱,实现皮米级精度的光学振动测量。
更多应用实例请参阅:激光扫描振动测量应用实例
集成共聚焦显微镜
SmarAct的PICOSCALE振动计内置共聚焦显微镜,为(半)透明材料及封装微结构的振动分析提供了独特优势。其共聚焦光学设计结合1550纳米红外测量激光,可对硅、玻璃、水等材料进行表面及穿透式选择性测量,即使在透明层下方也能精确检测振动。该技术使MEMS器件无需拆解封装即可完成分析,在保障敏感元件完整性的同时,仍能获取完整的动态性能数据。该光学显微镜与干涉测量系统实现原生对准,可提供横向分辨率达2微米的完美相关成像与振动数据。由此,PICOSCALE振动计能够对现代微结构进行高精度无损模态分析,是先进MEMS开发及封装传感器诊断的理想解决方案。
迈克尔逊干涉法的优势
迈克尔逊干涉仪是一种非接触式振动分析技术,通过测量光程变化直接获取位移数据。这种“直接位移测量”特性是其核心优势:不仅能实现极高灵敏度(可达皮米/亚皮米量级),还省去了速度-位移转换环节,并支持紧凑可配置的光学集成方案——当传感器需要融入实验系统而非作为外部仪器时尤为适用。
相比之下,激光多普勒振动测量法(LDV)作为广泛应用的基准方法,擅长快速测量并提供直接速度输出。但在实际应用中,激光多普勒振动仪更易受表面状态和测量几何条件影响。粗糙或低反射率目标、角度变化、微小特征以及斑点相关信号丢失都会降低信号稳健性。激光多普勒振动计衍生的位移可能受低频漂移限制。在这些情况下,迈克尔逊干涉仪往往成为首选方案,因为它优先满足最严苛的要求:在关键应用场景中提供最大可追溯位移分辨率,同时具备稳定且易于集成的光学系统。
关键规格
PICOSCALE振动计的每个组件均提供详细规格表,可在下载专区获取。
振动测量 |
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| 决议1 [pm] | < 1 |
| 带宽2 [MHz] | 5 |
显微镜学
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|
| 光学横向分辨率3 [μm] | 2 - 7 |
| 光学轴向分辨率3 [μm] | 7 - 90 |
| 工作距离3 [mm] | 1.5 - 10 |
| 最大图像尺寸 [mm] | 30 x 30 |
| 最小像素尺寸 [μm] | 1 |
| 最大像素数 | 1000 x 1000 |
尺寸 |
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| 控制器 | 每种2件,尺寸均为33 x 27 x 7.2厘米(宽x长x高),总重7.6千克 |
| XYZ定位系统 | 5.5 × 11.0 × 7.5 厘米(宽 × 长 × 高),重量 0.25 千克 |
| 仪器支架 | 花岗岩石块尺寸:15 x 20 x 4 厘米(宽 x 长 x 高),配不锈钢立柱 2.5 x 15 厘米(直径 x 高度),组合总重 4.3 千克 |
| 摇床阶段 | 8 × 1.5 厘米(直径 × 高度),重量 0.5 千克 |
1 在频域中分析位移时
2 采样率为10兆赫兹
3 根据所选的传感器头