顯微式激光測振儀MSA-500德國Polytec 顯微式激光測振儀MSA-500

  隨著客戶對越來越多的MEMS期間的振動測量，Polytec通過引入這些先進(jìn)的技術(shù)經(jīng)驗逐步提升了MSA-500顯微式激光測振儀優(yōu)異的產(chǎn)品性能。

  MSA-500顯微式激光測振儀采用了最先進(jìn)的測量技術(shù)，可實現(xiàn)對微系統(tǒng)的動靜態(tài)特性的振動測量。掃描式激光多普勒測振儀和視頻頻閃顯微鏡能夠快速測量面內(nèi)和面外物體的振動特性，并且測量可達(dá)數(shù)兆赫茲。白光掃描式測振儀可用于納米級形貌分析測量。

新特征：

Polytec杰出的顯微式激光測振儀

   MSA-500顯微式激光測振儀利用非接觸式激光技術(shù)實現(xiàn)對微結(jié)構(gòu)進(jìn)行形貌和振動的三維特性測量：快速、寬帶和面外動態(tài)特性；顯微式視頻閃頻的面內(nèi)振動測量；白光干涉的高分辨率形貌測量。所有的技術(shù)都被嵌入到一個緊湊堅固可靠的一體化測量系統(tǒng)中。

卓越的動態(tài)測量特性與單一的技術(shù)解決方案

   兩種相輔相成的測量技術(shù)的結(jié)合為微結(jié)構(gòu)的振動測量提供了更加優(yōu)越的性能技術(shù)。 例如，它能迅速可視化測量，可測量系統(tǒng)的共振和瞬態(tài)特性，能提高整體測量效率。當(dāng)需要將測振系統(tǒng)加載到MEMS生產(chǎn)環(huán)境中的時候，這個技術(shù)的整合就顯得尤為重要。單一技術(shù)解決方案諸如ESPI,白光干涉和位相移動干涉技術(shù)為微結(jié)構(gòu)的振動測量提供了更高的技術(shù)方案。

無需先驗信息即可測量所有機(jī)械共振

   使用寬帶激勵，高靈敏度的激光多普勒技術(shù)能夠在不需要先驗信息的情況下迅速測量所有機(jī)械共振（面內(nèi)和面外），隨后，通過激光測振儀，視頻閃頻技術(shù)可獲得面內(nèi)共振的精確振幅和相位信息。

面外振動測量的掃描式多普勒激光測振儀

   在微電機(jī)共振測量儀器的發(fā)展過程中，激光測振儀是一款非常精確的速度和位移測量的光學(xué)儀器，它是基于激光多普勒原理技術(shù)發(fā)展而來的。通過移動激光到測量點，掃描式激光測振儀能夠提供被測物體全面的振動特性。

優(yōu)點

面外振動信息反饋，全面的振動測量 時域和頻域數(shù)據(jù)顯示，簡化的瞬態(tài)響應(yīng)信號 測量點達(dá)512 x 512個 多種輸入輸出接口 激光點極細(xì)，可測量微系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 通過激光調(diào)光器可使測量環(huán)境最優(yōu)化

適用于面內(nèi)測量的視頻閃頻顯微測量

   使用視頻閃頻技術(shù)可使高頻測量、面?zhèn)日駝訙y量更加精確。使用視頻閃頻和數(shù)字影像，可以實時的撲捉快速運動物體的振動特性。這樣可以確保測量精度和可視化實時測量分析。

優(yōu)點

面內(nèi)振動的視頻閃頻測量范圍可達(dá)1MHz 納米級分辨率時域位移測量 內(nèi)置信號發(fā)生器可測量瞬態(tài)特性等 自動多頻段處理

適合于形貌測量的白光干涉技術(shù)

  MEMS設(shè)備的動態(tài)參數(shù)能夠直接關(guān)系到產(chǎn)品生產(chǎn)的幾何技術(shù)參數(shù)。當(dāng)內(nèi)嵌一個形貌測量系統(tǒng)，MSA-500測量系統(tǒng)可以完成所有的測量工作。高空間分辨率的數(shù)據(jù)使得對形狀、彎曲度、平面度和粗糙度測量有了強(qiáng)大的測量分析能力。用戶可以選擇不同的數(shù)據(jù)處理類型。

優(yōu)點

快捷,納米級分辨率的非接觸式3-D形貌特性測量 適用于形貌和表面特性分析的功能強(qiáng)大的TMS 軟件 2-D和3-D視頻演示

MSA 光學(xué)單元

   MSA光學(xué)單元提供了六種結(jié)構(gòu)，允許特殊測量、面內(nèi)測量、面外測量或者形貌等測量。 參考系統(tǒng)型號，光學(xué)單元包含MSA-400測量顯微鏡頭和顯微光學(xué)單位以及單點(Polytec OFV-551)或者差分式 。在所有的結(jié)構(gòu)中，MSA-500系統(tǒng)可以加載顯微光學(xué)單元、LED照明單元和循環(huán)掃描攝像機(jī)（可實現(xiàn)實時監(jiān)控）以使整個測量系統(tǒng)的性能達(dá)到最優(yōu)化。

MSA 處理部件

   MSA-500處理單元包含了數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)（MSA軟件），MSA-E-500連接箱，和OFV-5000控制器等。

   MSA軟件包含了數(shù)據(jù)采集與處理的多種方法:

MSA 結(jié)構(gòu)

   MSA-500顯微式激光測振儀提供了許多開放式功能模塊，可以為各種不同領(lǐng)域的應(yīng)用配置合適的系統(tǒng)。Polytec的測振儀還提供了單一功能測量系統(tǒng)與多功能測量系統(tǒng)一體化結(jié)構(gòu)配置。對于面外振動測量，可以選族單點式與差分式測量系統(tǒng)。Polytec的測振儀除了提供標(biāo)準(zhǔn)的1.5MHz頻率測量外，還提供了可選的24MHz測量范圍的高頻采集與高頻波形觸發(fā)功能。

MSA 設(shè)備定位與配置

   光學(xué)頭可以安裝在Polytec的獨立的工作站或者其他探測站上。Polytec的設(shè)備也可以獨立的被安裝在工作站中，并且還可以安裝在用戶的光學(xué)平臺上。MSA 處理單元可以安裝在可選的一個 19’的連接柜中，并且還可以把控制器、數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)、連接箱和電纜或者其他相近的系統(tǒng)擴(kuò)展單元嵌入連接柜中。同時Polytec的設(shè)計使得其電子元器件與工作表面保持著一定距離，這樣可以防止周圍環(huán)境對被測物體振動所產(chǎn)生任何影響。

   MSA-400的安裝孔相當(dāng)于Mitutoyo FS70-L-S (short base)支撐板，這樣就能夠方便把它安裝到更多探測站中使用。通過把Polytec的顯示式激光測振儀與MEMS工作站整合，用戶可以把更多的精力用于專注于MEMS的動態(tài)特性分析上。

型   號

測  量  方  式

面外振動測量

面內(nèi)測量

形貌測量

單點式

差分式

24 MHz

MSA-500-M2

x

MSA-500-M2-D

x

x

MSA-500-M2-20

x

x

MSA-500-M2-20-D

x

x

x

MSA-500-P

x

MSA-500-PM2

x

x

MSA-500-PM2-D

x

x

x

MSA-500-PM2-20

x

x

x

MSA-500-PM2-20-D

x

x

x

x

MSA-500-TM2

x

x

MSA-500-TM2-D

x

x

x

MSA-500-TM2-20

x

x

x

MSA-500-TM2-20-D

x

x

x

x

MSA-500-TP

x

x

MSA-500-TPM2

x

x

x

MSA-500-TPM2-D

x

x

x

x

MSA-500-TPM2-20

x

x

x

x

MSA-500-TPM2-20-D

x

x

x

x

x

遵從標(biāo)準(zhǔn)

Electrical safety

IEC/EN 61010

EMC

IEC/EN 61326;

Emission: FCC Class A, IEC/EN 61000-3-2 61000-3-3

Immunity: IEC/EN 61000-4-2 to 61000-4-6 IEC/EN 61000-4-11

Laser safety

IEC/EN 60825-1 (CFR 1040.10, CFR 1040.11)

MSA-I-500光學(xué)頭

MSA-E-500連接箱

MSA-W-500數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)

電源提供

MSA-E-401連接箱提供

100 VAC … 240 VAC ±10 %, 50/60 Hz; max. 60 W

100 VAC … 240 VAC ±10 %, 50/60 Hz; max. 350 W

尺寸大小
[WxLxH]

請查看
圖一和圖二

450 mm × 355 mm × 135 mm

450 mm x 550 mm x 190 mm

重量

10.4 kg

8 kg

18 kg

工作溫度

+5 °C … +40 °C

存儲溫度

-10 °C … +65 °C

相對濕度

Max. 80%, 無冷凝

MSA-O-500 光學(xué)單元

MSA-O-500-P

MSA-O-500-TP1

帶視頻閃頻功能的用于面內(nèi)振動測量的顯微鏡頭

MSA-O-500-S

MSA-O-500-TS1)

帶一對用于掃描振動測量的掃描鏡和用于面內(nèi)振動測量的視頻頻閃功能的顯微鏡頭

OFV-551 光纖式光學(xué)頭

MSA-O-500-D

MSA-O-500-TD1)

帶用于用于面內(nèi)運動測量的視頻頻閃系統(tǒng)和兩個掃描鏡（一個用于掃描式振動測量，另外一個用于靜態(tài)參考信號，參考信號可用前面板的兩個控制按鈕進(jìn)行定位）的顯微鏡頭

OFV-552 光纖式差分光學(xué)頭

光學(xué)單元

攝像機(jī)

循序掃描, 1.4 Mpixel (1392 x 1040), IEEE 1394 接口

光源

LED,525nm

激光安全等級 1)

Class 2 (< 1 mW 可視)

光斑直徑 1)

0.9 μm ( 50X 顯微鏡)

掃描點

最大掃描點：512 x 512

振動測量顯微鏡頭 3)

放大倍率

工作距離 (mm)

視野范圍(μm x μm)

分辨率 (μm)

A-MOB-010X

10X

30.5

900 x670

1.6

可選鏡頭

A-MOB-002X

2X

34.0

4500 x 3350

8.5

A-MOB-005X

5X

37.5

1800 x 1340

3.6

A-MOB-020X

20X

20.0

450 x 335

?1.2

A-MOB-050X

50X

17.0

180 x134

0.85

A-MOB-03x6

3.6x

53.0

2500 x 1861

1.792

形貌測量鏡 2)

0.90 x 0.67

7.40

0.65

OFV-5000 控制器

版本

標(biāo)準(zhǔn)
MSA-500-…-M2 (1.5 MHz)

高頻 MSA-500-…-M2-20

HF 速度

HF 位移

解碼卡

VD-02: 寬帶速度解碼卡

VD-06: 高精密數(shù)字式速度解碼卡

VD-02: 寬帶速度解碼卡

VD-05: 10MHz速度解碼卡

VD-02: 寬帶速度解碼卡

DD-300: 24MHz位移解碼卡

MSA-E-401 連接箱

功能

- 連接控制器和數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)

- 激勵信號放大等功能

- 同步信號觸發(fā)

數(shù)字接口

RS-232, USB和Focus控制

信號輸入

振動和參考信號模擬輸入：±200mV ... ±10V
觸發(fā)和門TTL輸入

信號輸出

模擬輸出，SYNC和AUX的TTL輸出

激勵

內(nèi)置放大器, 10 V / 50 mA 振幅峰值

MSA-W-400 數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)

工控機(jī)

工業(yè)PC, 2.6 GHz, 1 GB RAM, 120 GB HDD

光驅(qū)

DVD (8X) CD (32x) 數(shù)據(jù)記錄與存取

視頻板卡

圖形高分辨率

IEEE 1394

適用于視頻信號采集

數(shù)據(jù)傳輸

Ethernet LAN

操作系統(tǒng)

Microsoft Windows XP (Windows 2000 )

面外數(shù)據(jù)采集硬件

型號

標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)
MSA-500-…-M2

高頻測量結(jié)構(gòu)
MSA-500-…-M2-20

通道

2 (4, PSV-S-VDD 可選)

2

分辨率

有效值： 12...16 bit (依據(jù)帶寬)

12 bit

速度范圍

±200 mV ... ±10 V

±200 mV ... ±10 V

觸發(fā)

外部觸發(fā)或者模擬觸發(fā)，后觸發(fā)和前觸發(fā)

外部觸發(fā)或者模擬觸發(fā)，后觸發(fā)和前觸發(fā)

門輸入

適用于相關(guān)門輸入測量

-

FFT 頻率范圍

DC ... 1 MHz; DC ... 2 MHz (可選)

DC … 40 MHz

激勵

內(nèi)部信號, 高達(dá)40MHz,最大輸出電壓：±10V（offset可調(diào)）

面內(nèi)數(shù)據(jù)采集硬件

攝像機(jī)

掃描攝像機(jī), 1.4 Mpixel (1392 x 1040), IEEE1394接口

激勵

內(nèi)部信號,高達(dá)2MHz,最大輸出電壓：±10V（offset可調(diào)）

可選附件

A-STD-BAS
基座

可安裝在光學(xué)平臺上

尺寸: 342 mm x 430 mm x 350 mm

重量: 8 kg

A-STD-BBO
標(biāo)準(zhǔn)基座

標(biāo)準(zhǔn)基座（帶氣墊）
工作臺孔徑有公制或英制可選

尺寸: 500 mm x 750 mm x 590 mm

重量: 70 kg

A-STD-TAB
工作臺

包含基座，顯示器支架，BNC接口和氣墊
工作臺孔徑有公制或英制可選

尺寸: 900 mm x 900 mm x 1325 mm
桌面高度：910mm
重量: 175 kg

支持壓縮空氣: 6.5 bar … 12 bar; 流量: max. 1120 l/min

A-CAB-BAS
系統(tǒng)連接柜

A-CAB-EXT
系統(tǒng)連接柜擴(kuò)展單元

19’大小，可以安裝數(shù)據(jù)管理單元，控制器，連接箱

尺寸: 555 mm x 630 mm x 555 mm

重量: 65 kg

擴(kuò)展單元(右圖): 方便優(yōu)異的解決方案
為在光學(xué)平臺提供儀器安裝的獨立空間

型號

標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)
MSA-500-…-M2

高頻測量結(jié)構(gòu)
MSA-500-…-M2-20

標(biāo)準(zhǔn)

帶 PSV-S-VDD 1)

HF 速度

HF 位移

最大測量頻率

1.5 MHz (2MHz)2)

2 MHz

10 MHz

24 MHz

最大測量位移

-

arbitrary

-

± 75 nm

位移分辨率

-

< 0.4 pm/Hz

-

<0.1 pm/Hz 3)

最大測量速度

± 10 m/s

速度分辨率 (rms)4)

< 1 μm/s

面內(nèi)測量

頻率范圍

0.001 Hz …1 MHz

最大速度

> 0.1 m/s … 10 m/s (magnification dependent)

振幅和分辨率性能

放大倍數(shù)

5X

10X

20X

40X

50X

100X

峰峰值 @ 2 kHz

1795 μm

897 μm

448 μm

224 μm

179 μm

89 μm

位移分辨率

1 nm

分辨率（時間）

100 ns

相位精度

0.16 mrad (0.009°) @ 1 kHz; 0.016 rad (0.9°) @ 100 kHz;
0.16 rad (9°) @ 1 MHz

輸出

位移信號，信號圖片，運行軌跡

面外測量

數(shù)據(jù)采集

視頻顯示

實時、全視野被測物體視頻圖像，直觀顯示掃描區(qū)域和掃描測量點

激光定位

通過鼠標(biāo)或拖動鼠標(biāo)可實時激光定位

掃描定位

控制

利用RS-232接口通過軟件控制測量參數(shù)

顯示

同步顯示實時視頻圖像，精確激光點位置，全部掃描區(qū)域，多種信號測量分析結(jié)果

波形激勵

正弦，周期等任意信號激勵

快速掃描

50點/s

時域數(shù)據(jù) (可選)

時域信號采集,時域信號均值,時域動態(tài)信號

門輸入

適用于間斷掃描測量

數(shù)據(jù)有效性

通過信號增強(qiáng)模式檢查每個測量點的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性。
測量數(shù)據(jù)有效性: 最優(yōu)(僅SE)； 有效；A/D過載

觸發(fā)

自動或手動，上升沿或下降沿
觸發(fā)來源：外部觸發(fā)或任意測量信號觸發(fā)

FFT 線

標(biāo)準(zhǔn)6400線；可選12800線；可選Zoom FFT

窗口函數(shù)

Rectangular, Hamming, Hanning, Flat top, Blackman Harris, Bartlett, Exponential

數(shù)據(jù)處理

顯示

彩色/灰色，整體/部分，3D圖像，CCD視屏圖像（靜態(tài)或動態(tài)），所有測量點的平均值和測量結(jié)果可視化等

數(shù)據(jù)傳送

ASCII,UFF,ME’Scope(可選)

圖像

超過20種不同的圖像格式(AVI, JPEG, BMP, TIFF...)

數(shù)據(jù)處理

幅值，實部，虛部，位相，F(xiàn)RF,H1, H2,auto power, cross power等

添增功能

利用VB可自行嵌入功能程序

面內(nèi)測量

數(shù)據(jù)采集

工作原理

采集測量結(jié)果、視頻等數(shù)據(jù)，利用相關(guān)運算分析處理

濾波控制

脈沖控制 (間斷, 脈沖時間)

數(shù)據(jù)采集

通過接口利用采集卡實現(xiàn)視頻閃頻的數(shù)據(jù)采集

激勵

內(nèi)置信號發(fā)生器，正弦或脈沖信號激勵，激勵信號可達(dá)1MHz

數(shù)據(jù)處理

視頻顯示

實時、穩(wěn)定的被測物體可視化顯示

顯示

數(shù)據(jù)傳送

圖像可被保存為圖像格式或者ASCII文件，也可以保存并輸出AVI文件

形貌測量

數(shù)據(jù)采集

工作原理

通過物體表面的激光干涉頻移測量物體的形貌特性。

數(shù)據(jù)采集

視頻圖像采集

數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)處理

平均，高低通濾波等

數(shù)據(jù)顯示

- 面顯示: 2-D, 3-D演示，等值線演示

- 輪廓顯示: 圖像，角度、高度、半徑幾何數(shù)據(jù)等多種顯示

數(shù)據(jù)傳送

圖像可以保存為多重格式輸出，測量數(shù)據(jù)可以輸出為ASCII文件

添增功能

利用VB可自行嵌入功能程序

   很多如RF MEMS、光學(xué)網(wǎng)絡(luò)單元、微型反光鏡等MEMS設(shè)備，在產(chǎn)品開發(fā)中，都需要進(jìn)行開發(fā)設(shè)計、產(chǎn)品測試等過程，這時，MSA顯微式激光測振儀可以提供以下測試功能：

MEMS器件的面內(nèi)和面外振動特性

連續(xù)的頻域振動特性

MEMS的故障分析以及可靠性測試

模型測試

瞬態(tài)時域特性

通過面外耦合檢測面內(nèi)響應(yīng)

通過瞬態(tài)運動特性定義激勵時間

MEMS運動特性分析

   MEMS芯片測試是在低成本情況下為芯片包裝提供高性能和可靠性的重要保證，并且隨著技術(shù)的發(fā)展，MEMS芯片測量越來越顯得重要。MEMS設(shè)備測量依賴于壓力、光強(qiáng)和溫度等環(huán)境變化和頻率共振等MEMS設(shè)備內(nèi)部因素。今天，我們可以利用一個配備掃描式激光多普勒測振儀的半自動化探測站來進(jìn)行簡捷的動態(tài)響應(yīng)特性測量。

MEMS分步重復(fù)測量

   MEMS動態(tài)測量包含了一系列的耗時和乏味的工作。在MEMS設(shè)備生產(chǎn)過程中嵌入整合一個包含激光多普勒測振儀的半自動化探測站，可以對每個MEMS設(shè)備進(jìn)行實時測量分析，極大的提高了生產(chǎn)效率，整個控制過程完全由軟件控制，非常簡捷實時。完整的MEMS測量系統(tǒng)(圖1A)包含了Polytec顯微式測振儀硬件和軟件，一個SUSS PA200探測臺（裝有顯微測量單元），探測站控制單元和SUSS ProberBench操作系統(tǒng) 。

   測量的第一步就是定位MEMS設(shè)備。當(dāng)完成定位時，從軟件上將顯示出一個芯片圖像。第二步定義設(shè)置相關(guān)的振動特性參數(shù)。為了對MEMS設(shè)備全面的測量，可以定義由6到9個測量點的網(wǎng)格測量區(qū)域（圖1B)。當(dāng)完成這兩步工作時，就可以通過軟件對MEMS設(shè)備現(xiàn)實分步重復(fù)測量。對于每個薄膜，激光掃描測振儀將會在2到3秒時間內(nèi)完成全部測量(圖1C和圖1B) ，測量結(jié)果可與設(shè)備的相關(guān)數(shù)據(jù)一起保存。最后，MEMS設(shè)備的形貌和頻率等可以在軟件中全部顯示(圖1D)。