显微式激光测振仪MSA-500

  随着客户对越来越多的MEMS期间的振动测量，Polytec通过引入这些先进的技术经验逐步提升了MSA-500显微式激光测振仪优异的产品性能。

  MSA-500显微式激光测振仪采用了最先进的测量技术，可实现对微系统的动静态特性的振动测量。扫描式激光多普勒测振仪和视频频闪显微镜能够快速测量面内和面外物体的振动特性，并且测量可达数兆赫兹。白光扫描式测振仪可用于纳米级形貌分析测量。

新特征：

Polytec杰出的显微式激光测振仪

   MSA-500显微式激光测振仪利用非接触式激光技术实现对微结构进行形貌和振动的三维特性测量：快速、宽带和面外动态特性；显微式视频闪频的面内振动测量；白光干涉的高分辨率形貌测量。所有的技术都被嵌入到一个紧凑坚固可靠的一体化测量系统中。

卓越的动态测量特性与单一的技术解决方案

   两种相辅相成的测量技术的结合为微结构的振动测量提供了更加优越的性能技术。 例如，它能迅速可视化测量，可测量系统的共振和瞬态特性，能提高整体测量效率。当需要将测振系统加载到MEMS生产环境中的时候，这个技术的整合就显得尤为重要。单一技术解决方案诸如ESPI,白光干涉和位相移动干涉技术为微结构的振动测量提供了更高的技术方案。

无需先验信息即可测量所有机械共振

   使用宽带激励，高灵敏度的激光多普勒技术能够在不需要先验信息的情况下迅速测量所有机械共振（面内和面外），随后，通过激光测振仪，视频闪频技术可获得面内共振的精确振幅和相位信息。

面外振动测量的扫描式多普勒激光测振仪

   在微电机共振测量仪器的发展过程中，激光测振仪是一款非常精确的速度和位移测量的光学仪器，它是基于激光多普勒原理技术发展而来的。通过移动激光到测量点，扫描式激光测振仪能够提供被测物体全面的振动特性。

优点

面外振动信息反馈，全面的振动测量 时域和频域数据显示，简化的瞬态响应信号 测量点达512 x 512个 多种输入输出接口 激光点极细，可测量微系统结构 通过激光调光器可使测量环境最优化

适用于面内测量的视频闪频显微测量

   使用视频闪频技术可使高频测量、面侧振动测量更加精确。使用视频闪频和数字影像，可以实时的扑捉快速运动物体的振动特性。这样可以确保测量精度和可视化实时测量分析。

优点

面内振动的视频闪频测量范围可达1MHz 纳米级分辨率时域位移测量 内置信号发生器可测量瞬态特性等 自动多频段处理

适合于形貌测量的白光干涉技术

  MEMS设备的动态参数能够直接关系到产品生产的几何技术参数。当内嵌一个形貌测量系统，MSA-500测量系统可以完成所有的测量工作。高空间分辨率的数据使得对形状、弯曲度、平面度和粗糙度测量有了强大的测量分析能力。用户可以选择不同的数据处理类型。

优点

快捷,纳米级分辨率的非接触式3-D形貌特性测量 适用于形貌和表面特性分析的功能强大的TMS 软件 2-D和3-D视频演示

MSA 光学单元

   MSA光学单元提供了六种结构，允许特殊测量、面内测量、面外测量或者形貌等测量。 参考系统型号，光学单元包含MSA-400测量显微镜头和显微光学单位以及单点(Polytec OFV-551)或者差分式 。在所有的结构中，MSA-500系统可以加载显微光学单元、LED照明单元和循环扫描摄像机（可实现实时监控）以使整个测量系统的性能达到最优化。

MSA 处理部件

   MSA-500处理单元包含了数据管理系统（MSA软件），MSA-E-500连接箱，和OFV-5000控制器等。

   MSA软件包含了数据采集与处理的多种方法:

MSA 结构

   MSA-500显微式激光测振仪提供了许多开放式功能模块，可以为各种不同领域的应用配置合适的系统。Polytec的测振仪还提供了单一功能测量系统与多功能测量系统一体化结构配置。对于面外振动测量，可以选族单点式与差分式测量系统。Polytec的测振仪除了提供标准的1.5MHz频率测量外，还提供了可选的24MHz测量范围的高频采集与高频波形触发功能。

MSA 设备定位与配置

   光学头可以安装在Polytec的独立的工作站或者其他探测站上。Polytec的设备也可以独立的被安装在工作站中，并且还可以安装在用户的光学平台上。MSA 处理单元可以安装在可选的一个 19’的连接柜中，并且还可以把控制器、数据管理系统、连接箱和电缆或者其他相近的系统扩展单元嵌入连接柜中。同时Polytec的设计使得其电子元器件与工作表面保持着一定距离，这样可以防止周围环境对被测物体振动所产生任何影响。

   MSA-400的安装孔相当于Mitutoyo FS70-L-S (short base)支撑板，这样就能够方便把它安装到更多探测站中使用。通过把Polytec的显示式激光测振仪与MEMS工作站整合，用户可以把更多的精力用于专注于MEMS的动态特性分析上。

型   号

测  量  方  式

面外振动测量

面内测量

形貌测量

单点式

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

遵从标准

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光学头

MSA-E-500连接箱

MSA-W-500数据管理系统

电源提供

MSA-E-401连接箱提供

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]

请查看
图一和图二

450 mm × 355 mm × 135 mm

450 mm x 550 mm x 190 mm

重量

10.4 kg

8 kg

18 kg

工作温度

+5 °C … +40 °C

存储温度

-10 °C … +65 °C

相对湿度

Max. 80%, 无冷凝

MSA-O-500 光学单元

MSA-O-500-P

MSA-O-500-TP1

带视频闪频功能的用于面内振动测量的显微镜头

MSA-O-500-S

MSA-O-500-TS1)

带一对用于扫描振动测量的扫描镜和用于面内振动测量的视频频闪功能的显微镜头

OFV-551 光纤式光学头

MSA-O-500-D

MSA-O-500-TD1)

带用于用于面内运动测量的视频频闪系统和两个扫描镜（一个用于扫描式振动测量，另外一个用于静态参考信号，参考信号可用前面板的两个控制按钮进行定位）的显微镜头

OFV-552 光纤式差分光学头

光学单元

摄像机

循序扫描, 1.4 Mpixel (1392 x 1040), IEEE 1394 接口

光源

LED,525nm

激光安全等级 1)

Class 2 (< 1 mW 可视)

光斑直径 1)

0.9 μm ( 50X 显微镜)

扫描点

最大扫描点：512 x 512

振动测量显微镜头 3)

放大倍率

工作距离 (mm)

视野范围(μm x μm)

分辨率 (μm)

A-MOB-010X

10X

30.5

900 x670

1.6

可选镜头

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

形貌测量镜 2)

0.90 x 0.67

7.40

0.65

OFV-5000 控制器

版本

标准
MSA-500-…-M2 (1.5 MHz)

高频 MSA-500-…-M2-20

HF 速度

HF 位移

解码卡

VD-02: 宽带速度解码卡

VD-06: 高精密数字式速度解码卡

VD-02: 宽带速度解码卡

VD-05: 10MHz速度解码卡

VD-02: 宽带速度解码卡

DD-300: 24MHz位移解码卡

MSA-E-401 连接箱

功能

- 连接控制器和数据管理系统

- 激励信号放大等功能

- 同步信号触发

数字接口

RS-232, USB和Focus控制

信号输入

振动和参考信号模拟输入：±200mV ... ±10V
触发和门TTL输入

信号输出

模拟输出，SYNC和AUX的TTL输出

激励

内置放大器, 10 V / 50 mA 振幅峰值

MSA-W-400 数据管理系统

工控机

工业PC, 2.6 GHz, 1 GB RAM, 120 GB HDD

光驱

DVD (8X) CD (32x) 数据记录与存取

视频板卡

图形高分辨率

IEEE 1394

适用于视频信号采集

数据传输

Ethernet LAN

操作系统

Microsoft Windows XP (Windows 2000 )

面外数据采集硬件

型号

标准结构
MSA-500-…-M2

高频测量结构
MSA-500-…-M2-20

通道

2 (4, PSV-S-VDD 可选)

2

分辨率

有效值： 12...16 bit (依据带宽)

12 bit

速度范围

±200 mV ... ±10 V

±200 mV ... ±10 V

触发

外部触发或者模拟触发，后触发和前触发

外部触发或者模拟触发，后触发和前触发

门输入

适用于相关门输入测量

-

FFT 频率范围

DC ... 1 MHz; DC ... 2 MHz (可选)

DC … 40 MHz

激励

内部信号, 高达40MHz,最大输出电压：±10V（offset可调）

面内数据采集硬件

摄像机

扫描摄像机, 1.4 Mpixel (1392 x 1040), IEEE1394接口

激励

内部信号,高达2MHz,最大输出电压：±10V（offset可调）

可选附件

A-STD-BAS
基座

可安装在光学平台上

尺寸: 342 mm x 430 mm x 350 mm

重量: 8 kg

A-STD-BBO
标准基座

标准基座（带气垫）
工作台孔径有公制或英制可选

尺寸: 500 mm x 750 mm x 590 mm

重量: 70 kg

A-STD-TAB
工作台

包含基座，显示器支架，BNC接口和气垫
工作台孔径有公制或英制可选

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

支持压缩空气: 6.5 bar … 12 bar; 流量: max. 1120 l/min

A-CAB-BAS
系统连接柜

A-CAB-EXT
系统连接柜扩展单元

19’大小，可以安装数据管理单元，控制器，连接箱

尺寸: 555 mm x 630 mm x 555 mm

重量: 65 kg

扩展单元(右图): 方便优异的解决方案
为在光学平台提供仪器安装的独立空间

型号

标准结构
MSA-500-…-M2

高频测量结构
MSA-500-…-M2-20

标准

带 PSV-S-VDD 1)

HF 速度

HF 位移

最大测量频率

1.5 MHz (2MHz)2)

2 MHz

10 MHz

24 MHz

最大测量位移

-

arbitrary

-

± 75 nm

位移分辨率

-

< 0.4 pm/Hz

-

<0.1 pm/Hz 3)

最大测量速度

± 10 m/s

速度分辨率 (rms)4)

< 1 μm/s

面内测量

频率范围

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

放大倍数

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（时间）

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

输出

位移信号，信号图片，运行轨迹

面外测量

数据采集

视频显示

实时、全视野被测物体视频图像，直观显示扫描区域和扫描测量点

激光定位

通过鼠标或拖动鼠标可实时激光定位

扫描定位

控制

利用RS-232接口通过软件控制测量参数

显示

同步显示实时视频图像，精确激光点位置，全部扫描区域，多种信号测量分析结果

波形激励

正弦，周期等任意信号激励

快速扫描

50点/s

时域数据 (可选)

时域信号采集,时域信号均值,时域动态信号

门输入

适用于间断扫描测量

数据有效性

通过信号增强模式检查每个测量点的数据准确性。
测量数据有效性: 最优(仅SE)； 有效；A/D过载

触发

自动或手动，上升沿或下降沿
触发来源：外部触发或任意测量信号触发

FFT 线

标准6400线；可选12800线；可选Zoom FFT

窗口函数

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

数据处理

显示

彩色/灰色，整体/部分，3D图像，CCD视屏图像（静态或动态），所有测量点的平均值和测量结果可视化等

数据传送

ASCII,UFF,ME’Scope(可选)

图像

超过20种不同的图像格式(AVI, JPEG, BMP, TIFF...)

数据处理

幅值，实部，虚部，位相，FRF,H1, H2,auto power, cross power等

添增功能

利用VB可自行嵌入功能程序

面内测量

数据采集

工作原理

采集测量结果、视频等数据，利用相关运算分析处理

滤波控制

脉冲控制 (间断, 脉冲时间)

数据采集

通过接口利用采集卡实现视频闪频的数据采集

激励

内置信号发生器，正弦或脉冲信号激励，激励信号可达1MHz

数据处理

视频显示

实时、稳定的被测物体可视化显示

显示

数据传送

图像可被保存为图像格式或者ASCII文件，也可以保存并输出AVI文件

形貌测量

数据采集

工作原理

通过物体表面的激光干涉频移测量物体的形貌特性。

数据采集

视频图像采集

数据处理

数据处理

平均，高低通滤波等

数据显示

- 面显示: 2-D, 3-D演示，等值线演示

- 轮廓显示: 图像，角度、高度、半径几何数据等多种显示

数据传送

图像可以保存为多重格式输出，测量数据可以输出为ASCII文件

添增功能

利用VB可自行嵌入功能程序

   很多如RF MEMS、光学网络单元、微型反光镜等MEMS设备，在产品开发中，都需要进行开发设计、产品测试等过程，这时，MSA显微式激光测振仪可以提供以下测试功能：

MEMS器件的面内和面外振动特性

连续的频域振动特性

MEMS的故障分析以及可靠性测试

模型测试

瞬态时域特性

通过面外耦合检测面内响应

通过瞬态运动特性定义激励时间

MEMS运动特性分析

   MEMS芯片测试是在低成本情况下为芯片包装提供高性能和可靠性的重要保证，并且随着技术的发展，MEMS芯片测量越来越显得重要。MEMS设备测量依赖于压力、光强和温度等环境变化和频率共振等MEMS设备内部因素。今天，我们可以利用一个配备扫描式激光多普勒测振仪的半自动化探测站来进行简捷的动态响应特性测量。

MEMS分步重复测量

   MEMS动态测量包含了一系列的耗时和乏味的工作。在MEMS设备生产过程中嵌入整合一个包含激光多普勒测振仪的半自动化探测站，可以对每个MEMS设备进行实时测量分析，极大的提高了生产效率，整个控制过程完全由软件控制，非常简捷实时。完整的MEMS测量系统(图1A)包含了Polytec显微式测振仪硬件和软件，一个SUSS PA200探测台（装有显微测量单元），探测站控制单元和SUSS ProberBench操作系统 。

   测量的第一步就是定位MEMS设备。当完成定位时，从软件上将显示出一个芯片图像。第二步定义设置相关的振动特性参数。为了对MEMS设备全面的测量，可以定义由6到9个测量点的网格测量区域（图1B)。当完成这两步工作时，就可以通过软件对MEMS设备现实分步重复测量。对于每个薄膜，激光扫描测振仪将会在2到3秒时间内完成全部测量(图1C和图1B) ，测量结果可与设备的相关数据一起保存。最后，MEMS设备的形貌和频率等可以在软件中全部显示(图1D)。