Schwingungserreger

MEMS-Sensoren mit Drehschwingungen bis 2 MHz testen

Zum Testen und Charakterisieren von Sensoren, die auf MEMS Technologien basieren, werden von den Sensorherstellern und deren Kunden immer hochfrequentere mechanische Erreger benötigt, die sowohl translatorische als auch rotatorische Schwingungen erzeugen können. Waren vor 10 Jahren noch Frequenzen zwischen 20 kHz und 50 kHz ausreichend, wird mittlerweile bereits mit Frequenzen von einigen 100 kHz getestet und die Anforderungen für die nahe Zukunft gehen in den MHz-Bereich.

Die Firma Spektra Schwingungstechnik und Akustik GmbH Dresden stellt einen neu entwickelten piezoelektrischer Schwingungserreger vor, der sowohl eine kontrollierte translatorische als auch rotatorische Anregung von MEMS-Sensoren oder anderen kleinen Bauteilen bis in einen Frequenzbereich von 2 MHz ermöglicht. Für die translatorische Anregung gab es in der Vergangenheit bereits piezoelektrische Schwingungserreger, die aber aufgrund ausgeprägter Eigenmoden in vielen Frequenzbereichen keine gut kontrollierbare Schwingung bei derart hohen Frequenzen mehr zuließen. Mit Hilfe einer Segmentierung des Erregers und eines durch Simulationen optimierten Zweimassen-Schwingeraufbaus konnten unerwünschte Eigenmoden weitgehend unterdrückt werden.

Neu ist die Möglichkeit mit diesem Erreger auch Kippschwingungen, also Drehschwingungen um eine Achse in der Befestigungsebene des Prüflings, bis in den MHz-Bereich kontrolliert anregen zu können, indem verschiedene Segmente des Erregers mit unterschiedlichen Phasen angesteuert werden. Die Anregungsformen konnten mit Hilfe von Laservibrometern vermessen werden und es wurde ein Ansatz für ein softwaregesteuertes Schwingregelsystem gefunden, das die Schwingungsformen und -amplituden bei den sehr hohen Frequenzen gezielt einregeln kann.

Mit dem Schwingungserreger wird ein neuer Ansatz für eine gezielte und gut kontrollierbare Anregung von mechanischer Schwingungen vorgestellt, der mechanische Tests mikro-elektrisch-mechanischer Sensoren in eine neue Dimension hebt.