书 书 书犐犆犛 ３１ ． ２００ 犔 ５５ /G21 /G22 /G23 /G24 /G25 /G26 /G27 /G27 /G28 /G29 /G2A 犌犅 ／ 犜 ３４８９８ — ２０１７ /G21 /G22 /G23 /G24 /G25 （ 犕犈犕犛 ） /G26 /G27 犕犈犕犛 /G28 /G29 /G2A /G2B /G2C /G2D /G2E /G2F /G30 /G29 /G31 /G32 /G33 /G34 /G35 犕犻犮狉狅犲犾犲犮狋狉狅犿犲犮犺犪狀犻犮犪犾狊狔狊狋犲犿狋犲犮犺狀狅犾狅犵狔 — 犜犲狊狋犿犲狋犺狅犱犳狅狉狋犺犲狀狅狀犾犻狀犲犪狉狏犻犫狉犪狋犻狅狀狅犳狋犺犲犕犈犕犛狉犲狊狅狀犪狀狋狊犲狀狊犻狋犻狏犲犲犾犲犿犲狀狋 ２０１７  １１  ０１ /G36 /G37 ２０１８  ０５  ０１ /G38 /G39 /G21 /G22 /G23 /G24 /G25 /G26 /G27 /G27 /G28 /G2B /G2C /G2D /G2E /G2F /G30 /G2F /G31 /G32 /G33 /G21 /G27 /G27 /G28 /G29 /G2A /G34 /G35 /G36 /G37 /G38 /G39 /G36 /G37目 　　 次 前言 Ⅰ ………………………………………………………………………………………………………… １ 　 范围 １ ……………………………………………………………………………………………………… ２ 　 规范性引用文件 １ ………………………………………………………………………………………… ３ 　 术语和定义 １ ……………………………………………………………………………………………… ４ 　 敏感元件非线性振动测试特性参数 １ …………………………………………………………………… ５ 　 测试方法及其选用原则 ２ ………………………………………………………………………………… 　 ５．１ 　 光学测试法 ２ ………………………………………………………………………………………… 　 ５．２ 　 电学测试法 ２ ………………………………………………………………………………………… ６ 　 敏感元件非线性振动幅频响应和相频响应测试方法 ２ ………………………………………………… 　 ６．１ 　 光学测试方法 ２ ……………………………………………………………………………………… 　 ６．２ 　 电学测试方法 ３ ……………………………………………………………………………………… ７ 　 敏感元件非线性振动频率响应弯曲系数测试方法 ４ …………………………………………………… ８ 　 敏感元件非线性跳跃振幅阈值测试方法 ５ ……………………………………………………………… ９ 　 非线性振动引起的敏感元件频率偏移测试方法 ５ ……………………………………………………… 　 ９．１ 　 自激闭环系统 、 锁相闭环系统和锁幅闭环系统的频率偏移 ５ ……………………………………… 　 ９．２ 　 间歇激励闭环系统的频率偏移 ５ …………………………………………………………………… 附录 Ａ （ 规范性附录 ） 　 敏感元件非线性振动数学模型和弯曲系数 ６ …………………………………… 附录 Ｂ （ 规范性附录 ） 　 敏感元件频率响应非线性跳跃 ９ ………………………………………………… 附录 Ｃ （ 规范性附录 ） 　 非线性振动引起的敏感元件的频率偏移 １０ ……………………………………… 犌犅 ／ 犜 ３４８９８ — ２０１７ 前 　　 言 　　 本标准按照 ＧＢ ／ Ｔ１．１ — ２００９ 给出的规则起草 。 本标准由全国微机电技术标准化技术委员会 （ ＳＡＣ ／ ＴＣ３３６ ） 提出并归口 。 本标准起草单位 ： 北京遥测技术研究所 、 中机生产力促进中心 。 本标准主要起草人 ： 李庆丰 、 金小锋 、 李海斌 、 朱悦 、 程红兵 。 Ⅰ 犌犅 ／ 犜 ３４８９８ — ２０１７ 微机电系统 （ 犕犈犕犛 ） 技术 犕犈犕犛 谐振敏感元件非线性振动测试方法 １ 　 范围 本标准规定了谐振式传感器中 ＭＥＭＳ 谐振敏感元件 （ 以下简称敏感元件 ） 非线性振动特性参数的测试方法 。 本标准适用于敏感元件在研制和生产过程中关于非线性振动特性和敏感元件闭环系统频率偏移的测试 ， 其他非 ＭＥＭＳ 敏感元件可参考使用 。 ２ 　 规范性引用文件 下列文件对于本文件的应用是必不可少的 。 凡是注日期的引用文件 ， 仅注日期的版本适用于本文件 。 凡是不注日期的引用文件 ， 其最新版本 （ 包括所有的修改单 ） 适用于本文件 。 ＧＢ ／ Ｔ２２９８ 　 机械振动与冲击 　 术语 ＧＢ ／ Ｔ２６１１１ 　 微机电系统 （ ＭＥＭＳ ） 技术 　 术语 ＧＢ ／ Ｔ２６１１２ 　 微机电系统 （ ＭＥＭＳ ） 技术 　 微机械量评定总则 ３ 　 术语和定义 ＧＢ ／ Ｔ２２９８ 和 ＧＢ ／ Ｔ２６１１１ 界定的以及下列术语和定义适用于本文件 。 ３ ． １ 非线性振动 　 狀狅狀犾犻狀犲犪狉狏犻犫狉犪狋犻狅狀 随着振动幅度的变化 ， 弹性恢复力与位移不成线性关系的振动 。 ３ ． ２ 非线性跳跃 　 狀狅狀犾犻狀犲犪狉犼狌犿狆 当振动系统的振动幅度超过某一阈值时频率响应曲线的跳跃现象 。 ３ ． ３ 频率偏移 　 犳狉犲狇狌犲狀犮狔犱犲狏犻犪狋犻狅狀 敏感元件闭环系统输出的频率相对于敏感元件固有振动频率的偏移 。 ４ 　 敏感元件非线性振动测试特性参数 敏感元件非线性振动测试的特性参数主要包括 ： ａ ） 　 非线性振动幅频响应 犃 （ ω ）， 无量纲 ； ｂ ） 　 非线性振动相频响应 犘 （ ω ）， 单位为弧度 （ ｒａｄ ）； ｃ ） 　 非线性振动幅频响应弯曲系数 犫 ， 单位为弧度每秒二次方米 （ ｒａｄ · ｓ －１ · ｍ －２ ）； ｄ ） 　 非线性跳跃振幅阈值 犪 ｃ ， 单位为米 （ ｍ ）； １ 犌犅 ／ 犜 ３４８９８ — ２０１７ ｅ ） 　 自激闭环系统 、 锁相闭环系统和锁幅闭环系统的频率偏移率 犈 ω １ ， 无量纲 ； ｆ ） 　 间歇激励闭环系统频率偏移率 犈 ω ２ ， 无量纲 。 ５ 　 测试方法及其选用原则 ５ ． １ 　 光学测试法 激光多普勒测振方法 （ ＧＢ ／ Ｔ２６１１２ ）、 全息照相及其他可以提供相当功能和精度的测试方法适用于测量 ＭＥＭＳ 谐振敏感元件的非线性振动 。 ５ ． ２ 　 电学测试法 电学测试法是指利用谐振器自身的拾振单元将谐振敏感元件的振动转化为电信号 ， 之后利用锁相放大器对此电信号进行检测 ， 从而获得振动非线性特性的测试方法 。 当传感器封装完毕后 ， 无法进行光学测试时应选用电学测试法 。 ６ 　 敏感元件非线性振动幅频响应和相频响应测试方法 ６ ． １ 　 光学测试方法 ６ ． １ ． １ 　 测试设备 光学测试法测试系统组成如图 １ 所示 ， 主要测试设备包括 ： 图 １ 　 光学测试法测试系统原理框图 ａ ） 　 激光测振仪 ； ｂ ） 显微光学装置 ； ｃ ） 信号发生器 ； ２ 犌犅 ／ 犜 ３４８９８ — ２０１７ ｄ ） 真空腔 ； ｅ ） 安装夹具 ； ｆ ） 真空泵 ， 或与此相当的设备 。 ６ ． １ ． ２ 　 测试条件和注意事项 测试条件和注意事项包括 ： ａ ） 　 测试环境温度保持 ２３℃±５℃ ， 相对湿度应控制在 ３０％ ～ ７０％ ， 真空腔的真空度可根据敏感元件的实际工作环境施加 ； ｂ ） 调节显微光学装置 ， 使汇聚到敏感元件表面的光斑不能超出敏感元件表面 ； ｃ ） 对于透光性敏感元件 ， 如石英敏感元件 ， 激光测振仪的光斑应汇聚于敏感元件的金属电极表面 ， 以增加激光测振仪接收的反射光强度 ； ｄ ） 敏感元件在安装夹具上的固定 ， 以及安装夹具在真空腔中的固定应牢固可靠 ， 避免测试过程中发生移位 ， 影响测试精度 ； ｅ ） 对于离面振动的敏感元件 ， 夹具安装面与水平面的夹角 θ ＝０° ； 对于面内振动的敏感元件 ， 应根据被测敏感元件的几何形状调节夹具安装面与水平面的夹角 θ ， 使激光测振仪获得较高的检测信号信噪比 ； ｆ ） 真空泵和真空腔之间的连接采用柔性波纹管 ， 真空泵与真空腔 、 显微光学装置和激光测振仪之间应采取有效的振动隔离 ， 真空腔设备可调至规定的真空度 ； ｇ ） 激光测振仪工作过程中真空泵应处于关闭状态 。 ６ ． １ ． ３ 　 测试步骤 测试步骤如下 ： ａ ） 　 根据敏感元件固有频率估计值设置振动激励源 ， 在以固有频率为中心的较宽频率范围内进行初次频率扫描 ， 根据激光测振仪测得的敏感元件振动位移计算出幅频响应和相频响应 ， 并记录谐振频率 ； ｂ ） 　 设置振动激励源进行二次频率扫描 ， 扫描频率间隔减小为初次扫描时的二分之一 ， 频率扫描范围约为半功率带宽的 １０ 倍 ， 根据激光测振仪测得的敏感元件振动位移计算出幅频响应和相频响应 ， 并记录谐振频率 ； ｃ ） 　 将初次和第二次频率扫描获得的谐振频率进行对比 ， 若两次结果的偏差小于或等于规定值 ， 则两次测量结果均可作为最终的敏感元件幅频特性和相频特性 。 若两次结果的偏差大于规定值 ， 则继续降低频率扫描间隔 ， 进行频率扫描 ， 直至与前一次测得的谐振频率偏差小于或等于规定值 ， 将最后一次获得的频率响应作为最终测试结果 。 ６ ． ２