微机电系统(Microelectromechanical Systems,简称 MEMS)是一门新兴的综合性科学,正日益受到广泛重视,并在精密加工、国防、航空航天等领域广泛应用。MEMS材料的机械力学性能对于其功能实现、性能提高等方面有很大的影响。研究微材料机械力学性能的测试方法是解决MEMS设计、制造、质量控制与评价的关键环节。为了能正确测得微机械力学性能,必需研制一种能适应MEMS材料的多种力学性能的测试仪器。测控系统是微材料力学性能测试仪系统重要的组成部分,为满足系统对微弱信号采集与处理的要求,本文设计了一种具有高精度、高可靠性的通用测控系统硬、软件结构。 基于全柔性机构的MEMS材料力学性能测试仪主要由精密定位子系统(包括机械本体和驱动电源)、试件夹持子系统、载荷/位移测量子系统和测控子系统四部分组成。测控系统是MEMS材料力学性能测试仪系统重要的组成部分。 本文所设计的测控子系统以DSP为的中央处理器,实现信号处理和压电陶瓷的伺服控制,将高分辨率的A/D和D/A转换器应用于数据采集和模拟输出模块,并通过高速的PCI总线方式与上位机进行通讯。本文针对测控子系统展开了如下研究: (1) 简要介绍了MEMS材料力学性能测试的现状和重要性。 (2) 对MEMS材料力学性能测试仪进行了整体性介绍,并着重说明测控系统的功能与特点,提出了测控系统的设计方案。 (3) 根据测控系统硬件结构,分析了各个组成模块的设计方法与设计要点,包括DSP最小系统的设计、数据采集模块设计、数据输出模块设计、可编程逻辑模块设计以及计算机接口模块设计。在硬件设计的基础上,完成了初步的系统软件设计。 (4) 综合了测控系统与精密定位子系统,完成了系统功能验证和部分性能测试。实验结果证明:本测控系统的设计能够满足测试要求,方案正确可行。 本文研究的测控系统对MEMS材料力学性能测试仪的进一步研制具有指导和借鉴意义,为下一步的研究打下坚实的基础。