微机械传感器的测试装置、系统及方法与流程

1.本发明涉及检测设备技术领域，尤其涉及一种微机械传感器的测试装置、系统及方法。


背景技术：

2.陀螺仪是一种重要的惯性传感器，它广泛应用于制导、航天飞行器等军事领域和汽车稳定控制、电子玩具等民用领域。mems(微机械)陀螺和其他类型的陀螺相比具有成本低、体积小、可靠性高、结构简单等优点，能够进一步满足军事领域和民用领域的要求。mems陀螺表芯的宽温性能是其重要指标，其测试结果的好坏直接影响产品的最终性能。
3.目前，mems陀螺表芯的测试是将mems陀螺表芯固定在测试电路上，再将测试电路连同mems陀螺表芯一起置于温箱中，按照设定的温度进行高低温温度的循环测试，同时实时采集mems陀螺表芯输出信号。
4.但是，现有的测试设备及测试方法对mems陀螺表芯进行测试的重复性差，无法准确筛选出合格的产品，需要反复多次测试，工作效率低。


技术实现要素：

5.本发明提供一种微机械传感器的测试装置、系统及方法，用以解决现有技术中的测试设备及测试方法对mems陀螺表芯进行测试的重复性差，无法准确筛选出合格的产品，需要反复多次测试，工作效率低的缺陷。
6.本发明提供一种微机械传感器的测试装置，包括温控容器、测试电路及测试容器；测试容器能够放置于所述温控容器内，所述测试容器具有密封腔，所述密封腔适于放置待测表芯；所述测试容器还设有与所述密封腔连通的抽气口和充气口，所述抽气口用于对所述密封腔抽气，所述充气口用于对所述密封腔充气；测试电路可拆卸安装于所述密封腔内，所述测试电路用于可拆卸连接所述待测表芯。
7.根据本发明提供的一种微机械传感器的测试装置，所述测试容器还包括支撑件；所述支撑件的一端与所述密封腔的内壁连接，另一端朝向所述密封腔的中心延伸，所述支撑件朝向所述密封腔中心的一端适于放置所述待测表芯。
8.根据本发明提供的一种微机械传感器的测试装置，所述测试装置还包括：电气接口，与所述密封腔密封连接；所述电气接口的一端伸入所述密封腔内，用于与所述测试电路电连接；所述电气接口的另一端伸出所述密封腔，用于与外部线缆连接。
9.根据本发明提供的一种微机械传感器的测试装置，所述测试装置还包括：进气组件和出气组件；所述进气组件包括第一管道和第一阀体；所述第一管道的一端用于连接气源，另一端与所述充气口连接，所述第一阀体设置于所述气源和所述充气口之间；所述出气组件包括第二管道和第二阀体，所述第二管道的一端用于连接抽气装置，另一端与所述抽气口连接，所述第二阀体设置于所述抽气装置和所述抽气口之间。
10.根据本发明提供的一种微机械传感器的测试装置，所述第一阀体和/或所述第二
阀体为截止阀。
11.本发明还提供一种微机械传感器的测试装置的测试系统，包括测控装置及上述任一项所述的微机械传感器的测试装置，所述测控装置与所述微机械传感器的测试装置电连接。
12.根据本发明提供的一种微机械传感器的测试系统，还包括：气源和抽气装置；气源与所述测试容器的充气口连接，用于提供干燥气体；抽气装置与所述测试容器的抽气口连接。
13.根据本发明提供的一种微机械传感器的测试系统，所述抽气装置为真空泵组。
14.本发明还提供一种微机械传感器的测试装置的测试方法，基于上述任一项所述的微机械传感器的测试装置或上述任一项所述的微机械传感器的测试系统，所述测试方法包括：将待测表芯与测试电路电连接；将所述待测表芯和所述测试电路放置于测试容器内，并将所述测试电路与所述测试容器连接；对所述测试容器进行抽气至第一目标气压；对所述测试容器进行充气至第二目标气压；将所述测试容器放置于温控容器内，并将所述测试电路与外部线缆连接；设定测试参数，按照所述测试参数对所述待测表芯进行性能测试。
15.根据本发明提供的一种微机械传感器的测试方法，所述第一目标气压为真空状态，所述第二目标气压为标准大气压。
16.本发明提供的微机械传感器的测试装置、系统及方法，通过设置可抽真空和回填气体的测试容器，在进行测试前，先将待测表芯与测试电路连接，并将待测表芯与测试电路放置于测试容器内，对测试容器进行抽真空和回填气体，以去除测试容器内的水分，将测试容器放置于温控容器内，进行高、低测试，这样既可以对待测表芯进行高、低温测试，又可避免水汽等干扰物质对测试结果的影响，提高测试的稳定性，从而提高测试的重复性，提高测试效率，使用方便，结构简单。
附图说明
17.为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
18.图1是本发明一些实施例提供的微机械传感器的测试装置的结构示意图；
19.图2是本发明一些实施例提供的微机械传感器的测试方法的流程示意图。
20.附图标记：
21.110：测试容器；121：第一管道；122：第一阀体；131：第二管道；132：第二阀体；140：气源；150：抽气装置；160：支撑件；170：测控装置；180：待测表芯。
具体实施方式
22.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
23.在本发明实施例的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明实施例的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
24.在本发明实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明实施例中的具体含义。
25.在本发明实施例中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
26.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明实施例的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
27.下面结合图1和图2描述本发明的微机械传感器的测试装置、系统及方法。
28.其中，微机械传感器包括mems石英温度传感器、微机械陀螺传感器等，微机械陀螺传感器可以为微机械石英陀螺表芯。
29.以下为了叙述方便，本发明以mems石英陀螺表芯为示例进行展开说明。
30.相关技术中，对mems石英陀螺表芯进行宽温性能测试时，先将mems石英陀螺表芯固定在测试电路上，再将测试电路连同mems石英陀螺表芯一起置于温箱中，按照设定的温度进行高低温温度循环测试，实时采集表芯输出信号。但该测试装置进行多次重复测试后，测试结果的差异过大。
31.发明人经多次测试发现，在进行测试时，温箱高、低温变化后，内部水汽会形成水膜，水膜导致多次重复测试的结果差异过大，无法准确筛选出合格的产品，需要反复多次测试，工作效率低。
32.对此，本发明提供了一种微机械传感器的测试装置，以改善对待测表芯180进行测试是可重复性差的缺陷。
33.需要说明的是，本发明提供的测试装置还可应用于对其他待测对象进行高、低温测试，以避免水汽、非实验气体等其他干扰因素对测试结果的影响。
34.例如，可以测试待测对象在目标气体中的宽温性能，避免非目标气体对其影响。本
发明以水汽为干扰因素进行具体说明。
35.图1是本发明一些实施例提供的微机械传感器的测试装置的结构示意图，如图1所示，本发明提供的微机械传感器的测试装置包括温控容器、测试电路及测试容器110。
36.测试容器110能够放置于温控容器内，测试容器110包括密封腔，密封腔适于放置待测表芯180；测试容器110还设有与密封腔连通的抽气口和充气口，抽气口用于对密封腔抽气，充气口用于对密封腔充气；测试电路可拆卸安装于密封腔内，测试电路用于与待测表芯180可拆卸连接。
37.其中，温控容器可以为高低温箱或其他温度控制装置，用于实现高温、低温(交变)循环变化的实验环境，以对放置在温控容器内的待测表芯180的各项性能指标进行检测。
38.在一些实施例中，测试容器110可以与温控容器可拆卸连接，例如测试容器110可以与温控容器内的支撑结构卡扣连接或夹持固定连接，测试容器110也可以直接放置于温控容器内的置物台上，提高应用场合。
39.其中，温控容器和测试容器110可以为带有测试腔体的箱体或盒体结构。
40.本发明提供的微机械传感器的测试装置，通过设置可抽真空和回填气体的测试容器110，在进行测试前，先将待测表芯180与测试电路连接，并将待测表芯180与测试电路放置于测试容器110内，对测试容器110进行抽真空和回填气体，以去除测试容器110内的水分，将测试容器110放置于温控容器内，进行高、低测试，这样既可以对待测表芯180进行高、低温测试，又可避免水汽等干扰物质对测试结果的影响，提高测试的稳定性，从而提高测试的重复性，提高测试效率，使用方便，结构简单。
41.在进行测试时，待测表芯180先与测试电路电连接，再将待测表芯180与测试电路放入测试容器110内，将测试电路与测试容器110电连接，再对测试容器110依次进行抽真空和回填气体处理，以干燥待测表芯180与测试电路所在的空间，再将测试容器110放入温控容器内，将测试电路与外部线缆电连接后，控制温控容器按照测试参数对待测表芯180进行性能检测。
42.其中，测试电路可拆卸安装于密封腔内，测试电路可以从密封腔内拿出或放回。
43.在一些实施例中，测试电路与密封腔可拆卸电连接。
44.其中，回填气体所用的气源140可以提供干燥气体，例如惰性气体或其他干燥的非惰性气体。
45.进一步的，测试容器110还包括支撑件160，支撑件160的一端与密封腔的内壁连接，另一端朝向密封腔的中心延伸，待测表芯180设置于支撑件160朝向密封腔中心的一端。
46.在待测表芯180放置于测试容器110内后，待测表芯180位于支撑件160朝向密封腔中心的一端，待测表芯180与测试容器110的箱壁均形成间隙，以保证待测表芯180的受热均匀。
47.其中，支撑件160可以为杆体、凸台等机械结构，只要能实现支撑件160凸出于密封腔的内壁即可，本发明对此不作限定。
48.在一些实施例中，支撑件160的一端与密封腔的底部连接，另一端向上伸出并延伸至密封腔的中心，支撑件160的另一端形成平台，待测表芯180及测试电路能够固定放置于支撑件160的另一端。
49.进一步的，测试装置还包括电气接口，电气接口与密封腔密封连接；电气接口的一
端伸入密封腔内，用于与测试电路电连接；电气接口的另一端伸出密封腔，用于与外部线缆连接。
50.其中，电气接口可以本领域所公知的插口，例如航空接口。
51.在一些实施例中，测试电路与电气接口可拆卸连接，连接方式可以为插拔连接。
52.电气接口可以设于测试容器110的壳壁上，电气接口的侧壁与测试容器110的壳壁密封连接。
53.电气接口包括两个插口，其中一个插口与测试电路可拆卸电连接，另一个插口与外部线缆可拆卸电连接，以控制测试电路并对待测表芯180在测试过程中产生的数据进行收集。
54.其中，待测表芯180和测试电路通过外部线缆与测控装置170连接，测控装置170可以为电脑等终端设备，测控装置170与测试容器、温控容器、测试电路连接，测控装置170能够控制温控容器、测试容器110的试验参数，并收集和处理实验数据。
55.进一步的，本发明提供的测试装置还包括：进气组件和出气组件，进气组件分别用于与气源140和充气口连接，用于对测试容器110充气；出气组件分别用于与抽气装置150和抽气口连接，用于对测试容器110抽气至真空状态。
56.其中，气源140可以为测试容器110提供干燥气体，以使测试容器110回压以及去除测试容器110内的水分，干燥气体可以为氮气等惰性气体或氧气等。
57.其中，抽气装置150可以为本领域所公知的真空泵组。
58.在一些实施例中，进气组件包括第一管道121和第一阀体122，第一管道121的一端用于连接气源140，另一端与测试容器110连接，第一阀体122设置于第一管道121上；出气组件包括第二管道131和第二阀体132，第二管道131的一端用于连接抽气装置150，另一端与测试容器110连接，第二阀体132设置于第二管道131上。
59.其中，第一阀体122和第二阀体132可以为本领域所公知的控制阀。
60.在一些实施例中，第一阀体122和/或第二阀体132为截止阀。
61.第一阀体122用于控制密封腔与气源140的连通和断开，第二阀体132用于控制密封腔与抽气装置150的连通和断开。
62.在一些实施例中，测试容器110还包括门体，密封腔用于放置待测表芯180；门体能够相对于密封腔打开和关闭，以便于待测表芯180和检测电路的放置和拿出。
63.本发明还提供一种微机械传感器的测试系统，包括测控装置170及上述任一实施例中的微机械传感器的测试装置，测控装置170与上述任一实施例中的微机械传感器的测试装置连接。
64.其中，测控装置170可以与待测表芯180无线连接或有线连接，以对测试过程中产生的测试数据进行数据采集和数据处理。
65.本发明提供的微机械传感器的测试系统，通过设置可抽真空和回填气体的测试容器110，在进行测试前，先将待测表芯180与测试电路连接，并将待测表芯180与测试电路放置于测试容器110内，对测试容器110进行抽真空和回填气体，以去除测试容器110内的水分，将测试容器110放置于温控容器内，进行高、低测试，这样既可以对待测表芯180进行高、低温测试，又可避免水汽等干扰物质对测试结果的影响，提高测试的稳定性，从而提高测试的重复性，提高测试效率，使用方便，结构简单。
66.进一步的，本发明提供的微机械传感器的测试系统，还包括气源140和进气组件，气源140与测试容器110的充气口连接；抽气装置150与测试容器110的抽气口连接。
67.本发明还提供一种微机械传感器的测试方法，基于上述任一实施例中的微机械传感器的测试装置及上述任一实施例中的微机械传感器的测试系统，如图2所示，该测试方法包括：步骤210、步骤220、步骤230、步骤240、步骤250及步骤260。
68.步骤210，将待测表芯180与测试电路电连接。
69.步骤220，将待测表芯180和测试电路放置于测试容器110内，并将测试电路与测试容器110连接。
70.步骤230，对测试容器110进行抽气至第一目标气压。
71.步骤240，对测试容器110进行充气至第二目标气压。
72.步骤250，将测试容器110放置于温控容器内，并将测试电路与外部线缆连接。
73.步骤260，设定测试参数，按照测试参数对待测表芯180进行性能测试。
74.其中，第一目标气压可以为真空状态，第二目标气压可以为标准大气压，以避免气压对测试结果的影响。
75.步骤240中，对测试容器110进行充气，所充气体可以为干燥气体，以取出密封腔内的水汽，避免由于温度变化在待测表芯180的所在空间内形成水汽，提高测试结果的稳定性，增加测试的可重复性。
76.在一些实施例中，先将mems石英陀螺表芯固定在测试电路上，将测试电路和mems石英陀螺表芯置于测试容器110的内部，将测试电路的接口与测试容器110内部的电气接头连接，关闭测试容器110的门体。
77.再将进气组件的第一阀体122与气源140通过第一管道121连接，出气组件的第二阀体132与抽气装置150通过第二管道131连接，先用真空泵组抽真空，然后关闭第一阀体122；再往密封腔内回填氮气到大气压，关闭第二阀体132。
78.将测试容器110放于温控容器中，将外部线缆与电气接头的另一端连接，以实现测试电路与外部线缆的连接。
79.本发明提供的微机械传感器的测试方法，通过设置可抽真空和回填气体的测试容器110，在进行测试前，先将待测表芯180与测试电路连接，并将待测表芯180与测试电路放置于测试容器110内，对测试容器110进行抽真空和回填气体，以去除测试容器110内的水分，将测试容器110放置于温控容器内，进行高、低测试，这样既可以对待测表芯180进行高、低温测试，又可避免水汽等干扰物质对测试结果的影响，提高测试的稳定性，从而提高测试的重复性，提高测试效率，使用方便，结构简单。
80.最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。