引言 地震检波器是石油、煤炭、金属等矿产及工程地震勘探等数据采集中重要的传感器,它的性能将直接影响到地震资料及技术成果的准确性,目前我国的测试系统技术水平相对落后,检波器体积较大、不便携带,CPU功能有限、功耗较大。

为了跟上呈指数增长的信息量,高新技术应用于国防系统的速度正在加快.应该说保证国家安全和全球稳定的关键是一个国家军事力量的优势,这种技术领先并不能仅仅依靠对高技术信息的保护.在冷战后期,军队还必须能够适应各种特殊环境并能在各个领域灵活作战--太空、海上、陆地和信息领域.因为技术革新可以作为军队转形的驱动力,所以在防御研究与发展以及技术向国防平台转化的投资正大幅度增加.军事应用中的最关键技术之一就是微机电系统(MEMS),它在现代军事行动需要的战略领域具有广泛的应用.

基于放电激励方法建立了高温环境下MEMS微构件动态特性测试系统，该系统主要由激励装置、激光多普勒测振仪、微构件温度控制系统组成．激励装置利用尖端放电产生的激波激励微构件，通过进给机构调节电极间距以改变激励能量．激励底座是用高温胶粘接而构成的多层结构，包括微构件安装板、十字载台、陶瓷绝缘片和板电极．微构件胶粘在底座上，其振动响应信号由多普勒测振仪测量，计算机对测量数据频谱分析后得到谐振频率．编写了基于LabVIEw的微构件温度控制软件，控制测试时温度．利用该测试系统，测试了微构件在室温～500℃环境下的谐振频率，得到了谐振频率随温度变化规律．

研制长寿稳定电源已经成为微型无线传感网络中的关键技术之一,现有的化学电池容量有限,需要不断的逐个更换耗尽的电池,难以满足无线传感网的实际应用。本文提出利用压电材料的机电耦合特性收集环境振动能,该类型微电源有望成为MEMS提供长期电能。首先分析了利用压电材料收集振动能的原理,对微型悬臂梁结构的设计进行了简单的分析,重点介绍了用MEMS工艺加工微型悬臂梁的工艺流程。悬臂梁结构采用体硅和面硅加工工艺相结合,体硅工艺包括湿法和干法刻蚀硅及表面层结构,金属Pt层刻蚀等,面硅工艺包括溅射金属薄膜和利用Sol-Gel方法在Si/SiO2/Ti/Pt衬底上制作锆钛酸铅（Pb（Zr0.52Ti0.48）O3,PZT）压电薄膜等。经过反复工艺实验研究,确定一套稳定的微型压电能源的制作工艺流程。

研制了低温环境下MEMS动态特性测试系统。对低温环境的产生及其关键问题、低温环境下的激励方法、信号检测方法,及高速数据采集方法进行了初步研究。采用半导体冷阱产生低温环境,为防止低温下结霜对测试精度造成影响,测试在真空环境中进行。研制了基于压电陶瓷的底座激励装置,用于低温环境下对微器件激励。采用2种方法用于低温环境下微器件振动响应信号的检测,一种是采用内置敏感元件的方法,被测微器件受到激励后自身输出信号,经高速数据采集单元采集进入计算机 另一种是采用激光多普勒测振仪在低温环境外部进行检测。以LabVIEW为平台开发了测试系统控制软件,实现了微器件激励、数据采集、存储自动化。对系统的总体设计、硬件组成、系统功能、实验研究等方面作出了详细阐述。

微机电系统(MEMS)动态应力的瞬态特性决定了传统的应力测试系统无法直接满足它的测试需要。介绍了一种依据高频调制原理设计实现的基于拉曼光谱仪的MEMS动态应力测试系统,该测试系统是一个典型的光—机—电集成的MEMS测试系统。利用此测试系统对硅微谐振器支撑梁根部的单点进行了动态应力测试,测试结果与理论分析相吻合。实验表明,此测试系统具有高精度、非接触式、无损伤等特点,能很好地满足MEMS动态应力测试的需求。

在分析微装配特点的基础上,讨论了微装配系统的功能需求和组成.提出了一种新型MEMS器件微装配系统设计方案,描述了系统样机关键技术模块的研制方案.以微型光谱分析仪极板对准为示范目标开展了实验研究,结果表明该系统适用于典型MEMS芯片的微对准和封装研究.

二级串联压电双晶片(串联臂)一端固定时,在特定的电信号控制下,自由端将沿椭圆轨迹运动.以串联臂为驱动元件,可用来驱动端面与其相接触的转子转动,构成串联臂压电微电机.研究了串联弯曲臂压电微电机的工作原理,设想了串联臂压电微电机的结构.

对一种UV-LIGA工艺制备的封闭环“B型”微机电系统（MEMS）平面微弹簧建立了力学分析模型，运用能量法的卡氏第二定理，推导出了其在线性范围内的弹性常数计算公式。运用类似方法，推导出了开口“S型”MEMS平面微弹簧在线性范围内的弹性常数计算公式。在相同尺寸和材料特性条件下，对这两种平面微弹簧的刚度进行了对比研究，结果表明，闭环结构比开口结构的微弹簧刚度大。从力学的角度分析了其原因。对这两种平面微弹簧进行了力学拉伸实验，实验结果与公式计算结果相吻合。

MEMS（Micro-electronics Mechanical System）的可靠性已经成为它能否成功地实现商品化的一个重要问题．多晶硅微悬臂梁是MEMS中的一个基本结构，阐述了多晶硅微悬臂梁的粘附失效机理，并利用宏观机械中的理论和可靠性分析方法对表面微加工的多晶硅微悬臂梁的粘附可靠性进行预测，建立了在外载荷下的粘附可靠度预测模型，并利用该模型具体分析了微梁尺寸及外界湿度对可靠度的影响．