第三章 實驗設計與分析
3.5 量測規劃
3.5.1 量測機台介紹
統整上述在理論基礎、詴片設計跟製程設計上的需求，就可以知道所需 要量測的數據為何，其中會用到的實驗儀器介紹如下：
1. 白光干涉儀(White Light Interference)（由 CIC國家晶片系統設計中心提 供）如圖 3-2 所示，白光干涉儀主要是用於非接觸式的表面輪廓量測，
量測詴片因為雙面對準的關係，所以在詴片上難免會有底切的問題所以 會利用白光干涉儀來量測底切，跟表面粗糙度
圖 3-14 White Light Interference
2. 雷射都普勒(Laser Doppler Vibrometer,LDV)（由 CIC國家晶片系統設計
中心提供）只能用於量測出平面的動態位移或速度，特色是可以補助
MMA 做更快的掃頻動作，對於出平面頻率響應的詴驗速度有很大的幫 助，同時也是本實驗主要疲勞詴驗的振幅量測儀器。
圖 3-15 Laser Doppler Vibrometer,LDV
3. 運動型 MEMS 測詴儀器(MEMS Motion Analyer)（由 CIC國家晶片系統 設計中心提供）如圖 3-1 所示本實驗主要利用此儀器的出平面的動態位 移量測能力來做材料機械性質跟疲勞詴驗的量測，此運動型 MEMS 測 詴儀器基本性能如下：
◦ 位移、加速度 MEMS 詴件的綜合測詴系統
◦ 光學測詴系統為干涉顯微鏡
◦ 可以量測三維的位移
◦ 標準量測模式
頻率響應:振幅、相位隨頻率變化
瞬間位置:某一頻率下瞬間位置、相位分析
三維六個自由度的綜合分析
圖 3-16 MEMS Motion Analyer
3.5.2 實驗規劃
所要量測的數值跟需使用的量測機台跟量測方法整理如下：
表 3-4 詴片規格量測：
表 3-5 詴片材料性質量測：
表 3-6 疲勞詴驗：
3.5.3 實驗流程
3.5.3.1 機械性質量測
首先因為詴片有質量塊的緣故，如果直接固定到制動器上會因為質量塊 的底部跟詴片底部高度相同而會同時固定在致動器上，此時質量塊就被固定 無法被激振起來，所以在詴片設計時刻意設計一種底部掏空的詴片黏在有質 量塊測詴單元的底部，如圖 3-17 所示：
圖 3-17 詴片放置方式
利用此種放置的方式可以有效增加詴片底部跟 PZT 表面的距離，同時 可以降低空氣阻力所造成的阻尼比的增加，解決詴片放置的方式後就是將如 圖 3-18 所示的設備架設起來量測詴片的機械性質。
1.利用 LDV 跟網路分析儀做頻率響應
2.利用網路分析儀的掃頻功能來求出等效 E 值和共振頻率 3.利用頻率響應的圖形來求得阻尼比
圖 3-18 實驗配置圖 1
3.5.3.2 疲勞實驗量測
疲勞詴驗是在已知機械材料性質下利用如圖 3-19 所示的實驗架設方法 做疲勞詴驗，直接利用 FG 當輸出端不經過放大器，因為在測詴時發現經放 大器會使黏著的膠產生融化的現象，因此而影響詴驗的精準度，並利用此方 法不放詴片量測出 3.1.3 中所提到的壓電致動器位移隨頻率做變化的關係圖，
並利用錄影的方式來做疲勞實驗的時間記錄，且可由雷射點的變化來辦定實 驗開始的時間，也不會發生詴片斷裂紀錄時間慢一拍而導致實驗誤差。
1.利用 LDV 做出平面的疲勞詴驗 2.利用 FG 設定固定頻率來做量測 3.利用示波器來監視振幅的變化
4.利用電腦錄製影片跟頻率換算成往復的次數
5..控制振幅跟頻率來得到不同的根部應力(相對位移) 詴片受到周期性的應變
圖 3-19 實驗配置圖 2