专利名称：具有故障诊断功能的微机电系统器件的制作方法
技术领域：
本发明涉及诸如光开关的MEMS(微机电系统)器件，尤其涉及具有故障诊断功能的MEMS器件。
背景技术：
让我们把注意力集中在光开关上，光开关安装在例如构成密集波分复用(DWDM)光通信网络的环形网络的节点中。大部分安装在这种节点的光开关以机械方式将诸如棱镜或镜片的光学元件放置在光路中或者从光路中撤除光学元件，以改变光路。改变光路的光开关被用作可重构光插分复用器(ROADM)，可重构光插分复用器能够选择或重新配置将在节点被分支(drop)或添加(add)的光波长。光开关还可以在冗余系统的维护和检查业务或故障恢复期间用作备份器件，冗余系统具有由正常情况下实际使用(生产路径)的光路和能够偶尔切换进入服务的备份光路(备份路径)构成的双信号系统。这些光开关中的一些形成于芯片上，在芯片中在通过使用半导体显微机械加工技术制作的MEMS器件中将光和驱动系统形成为一体件，因为提供它们是为了切换微结构光路的。
这里展示的光开关是微观的MEMS器件，包括对于它们的功能来说必不可少的活动部件。因此活动部件的机械可靠性尤为重要。所需的机械可靠性包括经得起光路频繁切换的切换耐用性和在长空闲期之后所执行的切换操作的切换可靠性。例如，在用作上述ROADM的光开关的情况下，假设光线路基于波长或时间而被共享，光信号流将频繁变化。因此，光开关的开关操作频率增大，这需要高的开关耐用性。开关耐用性对于用在监测系统中的光开关也是必不可少的，该监测系统包括根据需要在主信号和监测信号之间切换。另一方面，对于用在如上所述的冗余系统中的备份器件的光器件而言，开关频率是非常低的。具体地说，例如当一年一次执行生产系统的检查或维护时，可能进行从生产系统到备份系统的切换。因此，需要在长空闲期之后的切换可靠性。
确保以具有活动部件的光开关为典型的MEMS器件的机械可靠性是绝对必要的。用于改善机械可靠性的相关技术是在日本专利申请公开No.2004-48187中披露的光开关子系统。该光开关子系统利用镜片角度的粗略运动模式或细微运动模式作为控制光开关(MEMS器件)的模式，当来自光源的光束被光开关切换时获得来自光源的光强度的测量结果，基于测量进行自我诊断，基于切换时间进行自我诊断并基于自我诊断的结果进行校淮。该文献指出，通过诊断能够检测到切换故障并能够改善光通信系统的可靠性和性能。
不过，上述相关技术需要专用于光开关的自我诊断的额外光源和接收光学装置(光强监测仪，light intensity monitor)。于是，能够进行自我诊断的光开关装备有更多数量的组件。
而且，该相关技术是包括以控制输入的改变(correction)为前提的光开关的系统，因此不适用于当前市面上的不以控制输入的改变为前提的光开关。
发明内容
本发明提供了一种以光开关为代表的具有故障诊断功能的MEMS器件，其监测MEMS的活动部件的力学响应特性，从而实际上不需要添加额外的组件而探测严重故障的预兆，其还可以无需改变控制输入而应用于装备有现有系统的MEMS器件的故障诊断。
本发明提供了一种微机电系统器件，包括衬底；全部形成于所述衬底上的运动部件、固定部分和使所述运动部件移动的致动器；控制单元，驱动所述致动器以在双状态之间切换运动部件的位置；振动探测装置，用于探测在所述双态切换状态之一中在所述运动部件中激励的微振动；动态特性分析装置，用于在来自所述振动探测装置的输出的基础上分析所述运动部件的动态特性；存储器，存储从所述动态特性分析装置输出的数据；运算单元，从所述存储器检索数据，比较时域上相继的两条数据并计算所述两条数据之间的差异信息；以及故障诊断单元，基于从所述运算单元输出的所述差异信息进行故障诊断。
根据本发明，可以通过不断监测MEMS器件的活动部件的力学响应特性来识别严重故障的预兆。与未使用本发明的常规MIEMS器件比较，本发明实践上不增加MEMS器件的组件数量，因此，本发明的故障诊断能够应用于市面上不以改变控制输入为前提的任何现有MEMS器件。
图1是例示本发明的光开关的平面图；图2是主要展示图1所示光开关的活动部件的平面图；图3是本发明实施例的方框图；图4是稳定状态中的光开关的位移与力的关系特性的曲线图；图5是光开关的位移与光隔离的关系特性的曲线图；图6是展示包括动态特性传感器的电极的方框图；以及图7A和7B是示出响应特性的波形图。
具体实施例方式
将参照附图描述本发明的实施例。MEMS器件的重大故障的预兆(precursor)的例子包括静摩擦(阻止运动部件运动的磨擦)引起的故障、因疲劳引起的断裂和因磨损引起的功能性衰竭。在本实施例中，通过在正常驱动MEMS器件之前或同时检测并识别这样的预兆来执行故障诊断。
将描述光开关，光开关是MEMS器件的典型实例。本实施例中的光开关用例如(100)SOI晶片形成，该SOI晶片由硅衬底(膜厚度350μm)/氧化硅膜(厚度3μm)/硅器件层(厚度100μm)构成。图1和2是光开关的平面图。光开关为二维结构，在垂直于图1和2的页面的深度方向(Z方向)中具有均匀的厚度。该二维结构基本上通过以下步骤制造。
1)在形成于上述晶片上的硅器件层的表面上形成氧化硅膜。
2)使用光刻技术构图步骤(1)中形成的氧化硅膜。
3)利用已构图的氧化硅膜作为掩模对硅器件层施加利用诸如DRIE(深度反应离子蚀刻)的技术的各向异性蚀刻。亦即，构图硅器件层。
4)使用能够选择性蚀刻氧化硅膜的蚀刻剂除去嵌于硅衬底和硅器件层之间的氧化硅以释放活动部件。因为对活动部件和固定部件的岛屿(island)提供了不同的面积差异，所以如果蚀刻在适当的时间期间内完成，固定部件下方的氧化硅会保留下来。亦即，制作出构图的固定部件和活动部件。稍后将描述固定和活动部件的结构。
5)用诸如Au的高反射率金属金属化需要金属化的区域的表面，比如镜片和电极焊盘。
于是，在晶片上形成了光开关。
将参考图1和2的示范性平面图描述作为本发明实施例的光开关的配置和操作。
在图1和2中，光纤槽1呈十字状地形成。光纤槽1具有充分接近光纤外径的宽度。将具有成角度抛光端部(angle polished ends)的准直光纤(未示出)压入光纤槽1，使用光纤对接接头(butt joint)3确定光轴的位置，在槽中用光纤压簧2向参考面13压准直光纤。
镜片4可缩回地安装在交叉波导部分14中，在交叉波导部分14处，光纤的端部在光纤槽1的交点处彼此面对。当把镜片4插入交叉波导部分14并反射光时，其对准必需是最精确的。因此，本实施例的器件是利用镜片4插入在交叉波导部分14中的状态作为初始形态而制作的。
镜片4被可动杆7支撑，构成静电梳形致动器(有时简称为静电致动器)的可动梳51和可动电极5耦接到可动杆7。可动杆7以沿轴线可动的方式被沿致动器轴线提供于静电致动器两侧的片簧铰链6A、6B、6C和6D所支撑。光开关必需在镜片4插入交叉波导部分14的状态和镜片4从交叉波导部分14缩回的状态之间执行双态控制(正常驱动引起的双态控制)。因此，当镜片4插入时，片簧铰链6A、6B、6C和6D向一侧挠曲并保持在第一稳定状态。当镜片4保持缩回时，它们向另一侧挠曲并保持为第二稳定状态。这套组件，例如镜片4、静电致动器的可动电极5以及片簧铰链6A、6B、6C和6D通过可动杆7耦合到一起，并总体上构成运动部件。
用这样的方式对着静电致动器的可动梳51提供固定梳81和91，使得梳81和91在可动梳51的两侧彼此咬合。固定梳81耦接到第一固定电极8，而固定梳91耦接到第二固定电极9。为第一和第二电极8、9提供电极11、12，充当用于向这些电极施加电压或将电压降至地电压的切换端子。锚件10形成于可动梳51、可动电极5、固定梳81、91、第一和第二固定电极8、9以及片簧铰链6A、6B、6C和6D周围，可动杆7位于中心。静电致动器的固定梳81和91、第一和第二固定电极8和9以及锚件10构成固定部件。
通过绝缘体层(氧化硅膜)将包括静电致动器的固定梳81、91、第一和第二固定电极8、9以及锚件10的固定部件固定到硅衬底。另一方面，通过四个片簧铰链6A、6B、6C和6D用这样的方式支撑包括可动杆7、可动梳51以及可动电极5的运动部件，使得它浮置于硅衬底上方。因此，当四个片簧铰链6A、6B、6C和6D弯曲时，运动部件处于图1和2中的上或下位置，于是位于上述第一或第二稳定状态中。亦即，当片簧铰链6A、6B、6C和6D向图中上方弯曲并保持在该位置时，光开关处于镜片4插入交叉波导部分14中的第一稳定状态；当它们向图中的下方弯曲并保持在该位置时，光开关处于镜片从交叉波导部分14缩回的第二稳定状态。在这样做时，可动杆7两个加厚的部分(图2所示的制动器7S1和7S2的宽度在这里增加)可能与属于固定部件的锚件10的壁相撞，由此充当制动器设置，限制可动杆7沿着杆7的轴的移动范围的两端。
以下将描述根据本实施例的光开关的正常驱动的基本操作。在刚刚制作完光开关后的初始形态(第一稳定状态)中，镜片4停留在交叉波导部分14中。此时，从图1所示的输入端口进入的光被镜片4反射并导引到分支端口。与此类似，通过添加端口进入的光被反射到输出端口。在通过片簧铰链6A、6B、6C和6D电连接到运动部件的锚件10、第二固定电极9和电极12接地的同时将电压施加到第一固定电极8时，在第一固定电极8的固定梳81和可动电极5的可动梳51之间发生静电吸引。如果吸引力大于保持第一稳定状态的力，片簧铰链6A、6B、6C和6D被置于第二稳定状态，且因为片簧铰链6A、6B、6C和6D的挠曲该状态即使在撤除电源时也是自持(self-retained)的。此时，镜片4从交叉波导部分14缩回。因此，通过输入端口进入的光被直接导引到输出端口，或者通过添加端口进入的光被导引到分支端口。另一方面，当在锚件10、第一固定电极8和电极11接地的同时将电压施加到第二固定电极9时，在第二固定电极9的固定梳91和可动电极5的可动梳51之间发生静电吸引。如果该吸引力大于保持第二稳定状态的力，则再次进入第一稳定状态。于是，通过交替地将预定电压和地电压施加到第一固定电极8和第二固定电极9，能够实现第二和第一稳定状态之间的切换。通过这种方式，要在第一和第二稳定状态之间切换，以矩形波形将恒定的电压施加到电极11和电极12之一，另一个接地。在完成切换之后的第一或第二状态中，锚件10、电极11和电极12全部接地。因此，可以如上所述完成通过片簧铰链6A、6B和6C、6D的保持力被置于第一或第二稳定状态的光开关的切换，于是能够适当地完成光开关的正常驱动。
根据本发明，如前所述，在正常驱动MEMS器件之前或同时检测并识别出MEMS器件中的严重故障的预兆。在本实施例中，执行故障诊断驱动，以在第一或第二稳定状态中的光开关的运动部件中有效地产生用于故障诊断的微振动，或者使用由切换诱发的阻尼微振动作为正常驱动。通过检测运动部件的微振动(包括阻尼振动)并分析动态特性，能够进行故障诊断。
图3是示出根据本实施例的具有故障诊断功能的MEMS器件的方框图。方框图中所示的MEMS器件是光开关。在图3中，控制器30包括静电致动器驱动电路并响应于来自外源(external source，未示出)的切换指令，向光开关70的静电致动器80提供切换驱动信号，以控制光开关70的正常驱动，或者向静电致动器80提供振动激励信号，该振动激励信号产生根据本实施例的光开关的运动部件60的微振动，由此控制用于故障诊断的驱动操作。光开关70的静电致动器80也被用作传感器，即振动探测装置。从振动探测装置向动态特性分析单元90发送关于运动部件60的微振动的信息。动态特性分析单元90分析微振动，将分析获得的数据发送到运算单元110并还将其存储在存储器100中。重复该操作，运算单元110不断地将动态特性分析单元90所发送的通过分析微振动获得的最新数据与先前存储在存储器100中的数据加以比较并计算和输出它们之间的差异。故障诊断单元120监测差异输出并将其与预设的阈值比较。如果故障诊断单元120探测到超过阈值的差异，亦即，如果它探测到光开关70的运动部件60的振动特性的极大变化，它就判断出发生了故障。光开关70的器件配置和控制器30的提供基本与常规光开关相同。本发明仅存在于(exist only in)由动态特性分析单元90执行的信号处理和随后的处理，从通过振动探测装置感测微振动开始，振动探测装置是静电致动器80的一部分，本发明还存在于在有些实施例中通过控制器30进行控制，如稍后将要描述的。
以下将详细描述图3中的方框。在本发明的第一实施例中，控制器30控制光开关70的正常驱动，以便将光开关70置于第一或第二稳定状态，还控制故障诊断的驱动，以便产生振动激励信号以有效地激励光开关70的工作部件的微振动。在本征正常驱动中，从控制器30向静电致动器80的(第一或第二)固定电极施加矩形波恒定电压作为切换驱动信号。如图2所示支撑光开关的运动部件的片簧铰链6A、6B和6C、6D优选具有如图4所示的双稳态位移/力特性。图4所示的双稳态特性表明，第一稳定状态是借助于由片簧铰链6A、6B和6C、6D向一侧挠曲所引起的保持力而自持的，而第二稳定状态是借助于片簧铰链6A、6B和6C、6D朝向另一侧挠曲所引起的保持力而自持的，第一和第二稳定状态之间的转变是通过静电致动器施加超过保持第一稳定状态或第二稳定状态的保持力的静电引力而引起的。因此，切换驱动信号必需具有足够高的电压，用于产生超过图4中的特性中的点P的静电致动器的静电引力，点P是双稳态片簧铰链的反作用力的峰值(保持力)，且该电压施加用于完成使该力超过点P的操作所需的时间段。发明人所完成的实施例表明，应当施加时间约等于10msec脉冲宽度的70V电压。控制器30响应于来自外源的切换驱动指令生成切换驱动信号。除了在切换操作期间之外，光开关的运动部件处于第一或第二稳定状态。因此，控制器30可以在产生切换驱动信号的时间期间之外的时间期间内产生用于故障诊断的振动激励信号。例如，控制器30可以在产生切换驱动信号之外的时间内不断产生用于故障诊断的振动激励信号。或者，控制器30可以以适当时间间隔产生振动激励信号。产生光开关切换驱动信号的频率视光开关70的具体应用而变。例如，在ROADM系统中可以频繁地发出指令，在ROADM系统中，以波分或时分方式共享通信线路，而在使用生产系统和备份系统的冗余系统中，在备份系统空闲长时间之后进行故障恢复或维护或检查时发出切换驱动指令。除了在切换时间期间内，可以根据光开关的用途在适当的时候产生振动激励信号。
另一方面，用于故障诊断的振动激励信号应当，首先，具有不会导致超过点P的静电引力且特性优选在线性区域之内的电平，第二，如果器件是光开关，该振动激励信号不应对第一和第二稳定状态下所需的器件光学特性具有显著影响。很重要的一点是，在本实施例中用于故障诊断的微振动足够小，用于确保在镜片4被插入的第一稳定状态中在微振动下反射光再次耦合到光纤中并且在镜片4被缩回的第二稳定状态中不会遮挡透射光。在性能指标中指定光开关的光学性能，使得例如参考图1，即使在镜片4插入交叉波导部分14中的状态下仅从输入端口的光纤输入信号光，也以适当的耦合比将信号光耦合并传送到分支端口，并且通常使得极少量的散射光被耦合到其他端口，即输出端口和添加端口，并使得该量充分小。此外，定义在第一和第二稳定状态中关于诸端口的所有耦合效率的技术指标，且根据本发明的微振动的振幅应当在技术指标中指定的容许范围之内。具体而言，关于光学特性的技术指标必需指定相当于运动部件的位移的小振幅，使得光量变化小于60dB，例如，满足将光开关用于光隔离的用户需求，如图5所示的位移-光隔离特性所示。在实践中，小振幅是由诸如镜片4的尺寸、照射镜片4的光斑尺寸以及光束角度的参数决定的。在由发明人完成的实施例中，当镜片4的正常切换驱动的行程为50μm左右时，如上面所述的容许范围那样，在两个稳定状态的每个中都有几个μm的裕量。当选择了该容许范围中的微振动振幅时，能够实现优选的故障诊断，其中振幅符合所有条件。在由发明人所实施的光开关例中，从控制器30提供的振动激励信号需要大约40V的电压，以便获得落在该范围内的微振动振幅。尽管运动部件移动的距离显著不同于由正常驱动导致的光开关的切换，因为双稳态铰链的反作用力特性，驱动信号的电压在70V的量级上，这是上面给出的切换驱动信号的电压。
以下将描述微振动的频率。出于故障诊断的目的，为了最灵敏地探测器件运动部件的动态特性变化，使用运动部件的共振频率是理想的。可以在器件设计阶段期间或通过预备实验找到运动部件的机械共振频率。可以在共振频率处，或者在提供充分激励效应的约等于共振频率的某频率处执行根据本发明的微振动激励。通过在共振点处或其附近的共振频率与振动功率下降3dB的频率之间的范围中选择频率，能够获得充分的激励并能够实现优选的故障诊断。或者，可以不使用恒定的频率，而是通过在包括共振点的适当频率范围内扫频(frequency sweeping)而激励微振动。在这种情况下，如上所述，除了产生切换驱动信号的期间之外，优选连续地或间隔地在例如10Hz和10kHz之间的范围内重复扫略用于产生微振动的振动激励信号。或者，在产生切换驱动信号的期间之外的时间内，可以通过将脉冲信号施加到运动部件作为振动激励信号，而不是通过频率控制来激励振动。脉冲输入激励起包含许多频率分量的阻尼振动，其能够被用于激励。稍后将描述相对于这些形式的振动激励信号的运动部件的动态特性分析。
光开关的正常切换是如上所述利用矩形波形的短脉冲来驱动的。切换驱动信号也包含许多频率分量，包括那些充分接近运动部件的共振频率的频率分量。在本发明的第二实施例中，可以利用仅由控制器30控制的正常切换驱动所激励的阻尼振动作为用于故障诊断的微振动完成故障诊断，而不是如在第一实施例中那样由控制器30独立生成振动激励信号。尽管因为可用的微振动的振幅小，本实施例不适于高灵敏度的故障诊断，但是它有的优势在于，可以不作改造利用常规技术配置在器件驱动阶段中方便地实现故障诊断。
在本发明的第三实施例中，采用了常规光开关或其他开关MEMS器件中常用的制动器设置。具体而言，例如，光开关包括如图2所示的机械制动器7S1和7S2，机械制动器7S1和7S2如上所述且如图2所示，是可动杆7的宽度之扩展。在常规光开关中，切换驱动几乎不会导致此类制动器实际撞到锚件的壁。提供它们主要是为了避免冲击。根据本发明，使用用于光开关的切换驱动信号的提高的电压来驱动制动器以在每次进行切换驱动时造成碰撞。由碰撞导致的阻尼振动可能被用作用于故障诊断的微振动。在第三实施例中，制动器的碰撞强度应当使得由碰撞所导致的微振动振幅落在上述光学特性指标所指定的范围之内。可以通过实验容易地确定使切换驱动信号的电压符合这一要求的条件。
已经描述了根据本发明激励用于故障诊断的运动部件的微振动。以下将描述用于探测和分析微振动以诊断故障的过程。
用于本发明的探测运动部件的微振动的振动探测装置当然可以是某种加到MEMS器件上的位移传感器，用来探测MIEMS器件的运动部件的位移。不过，如果该MEMS器件是静电驱动器件，最好的方式是使用其静电致动器作为电容操作的位移传感器。在上述光开关的例子中，可动电极5的位移，即，运动部件的振动能够通过探测分别形成于可动电极5与第一固定电极8之间以及可动电极5与第二固定电极5之间的电容C1和C2而探测。这一配置在图6中示出。利用如该例所示的具有两个固定电极的推挽式静电致动器，可以通过比较器87获得由探测器85和86探测到的电容C1和C2之间的差异，进一步提高位移探测的灵敏度。从振动探测装置80提取代表着运动部件60的振动的信号，振动探测装置80还充当着静电致动器，把信号发送到动态特性探测装置90。
在动态特性探测装置90中，提取出关于MEMS器件的运动部件的振动的传递函数(transfer function)的信息。具体地说，当本发明的第一实施例中的控制器30以某一频率激励微振动时，控制器30从代表运动部件60的振动的信号分析相对于控制器30所发送的振动激励信号的振动振幅或者相位延迟，或者在希望改善故障诊断的灵敏度时分析二者，并输出所得的数据，其中代表运动部件60的振动的信号可以从振动探测装置80获得。在控制器30通过扫频激励振动的第一实施例中，或者在所激励的微振动的频率分量分布在一定范围上的第二或第三实施例中，优选分析所激励的微振动的频率响应特性。振幅和相位的频率响应特性可以如图7A和7B所示。可以分析特性之一并输出，或者如果需要高灵敏度的故障诊断，可以分析二者并输出，可以把具有由该频率范围酌情所分成的每个频率的振幅/相位值用作下一阶段中进行比较的数据。或者，可以分析并输出与响应特性中的共振点相关的Q值并用作数据。或者，可以获得增益的积分并用于分析和输出振动能量，输出可以用作数据。当然，可以同时使用上述数据项中的超过一项，以便进一步改善故障诊断的精确度。图7A示出了增益变化与频率变化关系的例子，图7B示出了相位变化与频率变化的关系的例子。在这些图中，符号X表示共振点，由备选点划线表示的特性和由实线表示的特性分别图示了正常振动和故障振动。
然后，由运算单元110和故障诊断单元120构成的判决单元进行故障诊断。具体而言，在动态特性分析单元90中获得的响应特性被顺序存储在存储器100中，在运算单元110中，将动态特性分析单元90中获得的最新响应特性与存储在存储器中的紧挨在前面的响应特性进行比较。亦即，获得了由动态特性分析单元90提供的数据之间的差异。
故障诊断单元120判断由运算单元110获得的数据之间的差异是否大于阈值，以确定是否存在故障。响应特性的变化表示运动部件的机械特性的变化。因此，将与前一值之间的变化量与预定阈值比较，如果变化量大于阈值，判决发生了机械异常，即故障。用于数据的阈值可以通过实验根据器件的用途适当确定。根据本实施例，始终将与运动部件的响应特性有关的数据与通过之前的分析获得的数据进行比较，只有发现所用数据的巨大变化时才判决发生了故障。在响应特性正常渐变的情况下，即使变化量很大，根据本实施例的故障诊断也不会感测到发生故障。
尽管已经以光开关作为MEMS器件的例子描述了本发明，但是本发明可以用于在两种状态之间切换的任何MEMS器件的故障诊断。例如，本发明可以用于诸如继电器的器件的故障诊断。在这种情况下，诊断信号的幅度处于不会影响继电器性能的范围之内。
权利要求
1.一种微机电系统器件，包括衬底；全部形成于所述衬底上的运动部件、固定部件和使所述运动部件发生位移的致动器；控制单元，驱动所述致动器以在双状态之间切换运动部件的位置；振动探测装置，用于探测在所述双态切换状态之一中在所述运动部件中激励的微振动；动态特性分析装置，用于在来自所述振动探测装置的输出的基础上分析所述运动部件的动态特性；存储器，存储从所述动态特性分析装置输出的数据；运算单元，从所述存储器中检索数据，比较时域上相继的两条数据并计算所述两条数据之间的差异信息；以及故障诊断单元，基于从所述运算单元输出的所述差异信息进行故障诊断。
2.根据权利要求1的微机电系统器件，其中所述致动器为静电致动器，包括提供于所述运动部件上的可动电极和提供于所述固定部件上的固定电极，所述可动电极和固定电极彼此相对；且所述振动探测装置探测由所述静电致动器的所述可动电极和所述固定电极形成的静电电容的振动。
3.根据权利要求1或2的微机电系统器件，其中所述微机电系统器件是光开关，其驱动提供于所述运动部件上的镜片，以在两个位置之间切换，所述镜片在所述两个位置中插入提供于所述固定部件中的多根光纤的端部之间形成的空气光路或从其缩回；且所述运动部件的所述微振动的振幅在一范围内，在所述范围中，在产生所述微振动的所述双态切换状态之一中，所述多根光纤的所有成对端部的光耦合比符合技术指标。
4.根据权利要求1或2的微机电系统器件，其中当所述运动部件为所述双态切换状态之一时，所述控制单元向所述致动器提供振动激励信号，用于在所述运动部件中激励所述微振动。
5.根据权利要求4的微机电系统器件，其中所述微机电系统器件是光开关，其驱动提供于所述运动部件上的镜片，以在两个位置之间切换，所述镜片在所述两个位置中插入提供于所述固定部件中的多根光纤的端部之间形成的空气光路或从其缩回；且所述运动部件的所述微振动的振幅在一范围内，在所述范围中，在产生所述微振动的所述双态切换状态之一中，所述多根光纤的所有成对端部的光耦合比符合技术指标。
6.根据权利要求4的微机电系统器件，其中所述振动激励信号是在一频率区域中的恒定频率信号，在所述频率区域中在所述运动部件的共振频率特性中的振动功率至少为共振峰值的中间幅度。
7.根据权利要求6的微机电系统器件，其中所述微机电系统器件是光开关，其驱动提供于所述运动部件上的镜片，以在两个位置之间切换，所述镜片在所述两个位置中插入提供于所述固定部件中的多根光纤的端部之间形成的空气光路或从其缩回；且所述运动部件的所述微振动的振幅在一范围内，在所述范围中，在产生所述微振动的所述双态切换状态之一中，所述多根光纤的所有成对端部的光耦合比符合技术指标。
8.根据权利要求4的微机电系统器件，其中所述振动激励信号在预定频率范围内重复扫频。
9.根据权利要求8的微机电系统器件，其中所述微机电系统器件是光开关，其驱动提供于所述运动部件上的镜片，以在两个位置之间切换，所述镜片在所述两个位置中插入提供于所述固定部件中的多根光纤的端部之间形成的空气光路或从其缩回；且所述运动部件的所述微振动的振幅在一范围内，在所述范围中，在产生所述微振动的所述双态切换状态之一中，所述多根光纤的所有成对端部的光耦合比符合技术指标。
10.根据权利要求8的微机电系统器件，其中所述动态特性分析单元至少输出以下数据中的任一种并将其存储在所述存储器中关于所述运动部件的所述微振动的振幅或相位的频率响应特性的数据、与所述振幅的频率响应特性的共振频率相关的Q值数据，以及关于所述振动能量幅度的数据。
11.根据权利要求10的微机电系统器件，其中所述微机电系统器件是光开关，其驱动提供于所述运动部件上的镜片，以在两个位置之间切换，所述镜片在所述两个位置中插入提供于所述固定部件中的多根光纤的端部之间形成的空气光路或从其缩回；且所述运动部件的所述微振动的振幅在一范围内，在所述范围中，在产生所述微振动的所述双态切换状态之一中，所述多根光纤的所有成对端部的光耦合比符合技术指标。
12.根据权利要求4的微机电系统器件，其中所述振动激励信号是脉冲信号，且由所述振动探测装置探测的所述运动部件的所述微振动是由施加所述脉冲信号诱发的所述运动部件的阻尼振动。
13.根据权利要求12的微机电系统器件，其中所述微机电系统器件是光开关，其驱动提供于所述运动部件上的镜片，以在两个位置之间切换，所述镜片在所述两个位置中插入提供于所述固定部件中的多根光纤的端部之间形成的空气光路或从其缩回；且所述运动部件的所述微振动的振幅在一范围内，在所述范围中，在产生所述微振动的所述双态切换状态之一中，所述多根光纤的所有成对端部的光耦合比符合技术指标。
14.根据权利要求12的微机电系统器件，其中所述动态特性分析单元至少输出以下数据中的任一种并将其存储在所述存储器中关于所述运动部件的所述微振动的振幅或相位的频率响应特性的数据、与所述振幅的频率响应特性的共振频率相关的Q值数据，以及关于所述振动能量幅度的数据。
15.根据权利要求14的微机电系统器件，其中所述微机电系统器件是光开关，其驱动提供于所述运动部件上的镜片，以在两个位置之间切换，所述镜片在所述两个位置中插入提供于所述固定部件中的多根光纤的端部之间形成的空气光路或从其缩回；且所述运动部件的所述微振动的振幅在一范围内，在所述范围中，在产生所述微振动的所述双态切换状态之一中，所述多根光纤的所有成对端部的光耦合比符合技术指标。
16.根据权利要求1或2的微机电系统器件，其中由所述振动探测装置探测的所述运动部件的所述微振动是由所述运动部件的所述双态切换诱发的阻尼振动。
17.根据权利要求16的微机电系统器件，其中所述微机电系统器件是光开关，其驱动提供于所述运动部件上的镜片，以在两个位置之间切换，所述镜片在所述两个位置中插入提供于所述固定部件中的多根光纤的端部之间形成的空气光路或从其缩回；且所述运动部件的所述微振动的振幅在一范围内，在所述范围中，在产生所述微振动的所述双态切换状态之一中，所述多根光纤的所有成对端部的光耦合比符合技术指标。
18.根据权利要求16的微机电系统器件，其中所述动态特性分析单元至少输出以下数据中的任一种并将其存储在所述存储器中关于所述运动部件的所述微振动的振幅或相位的频率响应特性的数据、与所述振幅的频率响应特性的共振频率相关的Q值数据，以及关于所述振动能量幅度的数据。
19.根据权利要求18的微机电系统器件，其中所述微机电系统器件是光开关，其驱动提供于所述运动部件上的镜片，以在两个位置之间切换，所述镜片在所述两个位置中插入提供于所述固定部件中的多根光纤的端部之间形成的空气光路或从其缩回；且所述运动部件的所述微振动的振幅在一范围内，在所述范围中，在产生所述微振动的所述双态切换状态之一中，所述多根光纤的所有成对端部的光耦合比符合技术指标。
20.根据权利要求1或2的微机电系统器件，在所述运动部件和所述固定部件的每个上提供制动器设置，所述制动器设置通过所述运动部件的一部分和所述固定部件的一部分之间的碰撞限制所述运动部件的运动范围，且由所述振动探测装置探测的所述运动部件的所述微振动是由在所述运动部件的所述双态切换时导致的所述制动器设置的碰撞诱发的阻尼振动。
21.根据权利要求20的微机电系统器件，其中所述微机电系统器件是光开关，其驱动提供于所述运动部件上的镜片，以在两个位置之间切换，所述镜片在所述两个位置中插入提供于所述固定部件中的多根光纤的端部之间形成的空气光路或从其缩回；且所述运动部件的所述微振动的振幅在一范围内，在所述范围中，在产生所述微振动的所述双态切换状态之一中，所述多根光纤的所有成对端部的光耦合比符合技术指标。
22.根据权利要求20的微机电系统器件，其中所述动态特性分析单元至少输出以下数据中的任一种并将其存储在所述存储器中关于所述运动部件的所述微振动的振幅或相位的频率响应特性的数据、与所述振幅的频率响应特性的共振频率相关的Q值数据，以及关于所述振动能量幅度的数据。
23.根据权利要求22的微机电系统器件，其中所述微机电系统器件是光开关，其驱动提供于所述运动部件上的镜片，以在两个位置之间切换，所述镜片在所述两个位置中插入提供于所述固定部件中的多根光纤的端部之间形成的空气光路或从其缩回；且所述运动部件的所述微振动的振幅在一范围内，在所述范围中，在产生所述微振动的所述双态切换状态之一中，所述多根光纤的所有成对端部的光耦合比符合技术指标。
24.根据权利要求6的微机电系统器件，其中所述动态特性分析单元输出以下数据的至少一种并将其存储在所述存储器中关于所述运动部件的所述微振动的振幅的数据或者关于相对于所述振动激励信号的相位延迟的数据。
25.根据权利要求24的微机电系统器件，其中所述微机电系统器件是光开关，其驱动提供于所述运动部件上的镜片，以在两个位置之间切换，所述镜片在所述两个位置中插入提供于所述固定部件中的多根光纤的端部之间形成的空气光路或从其缩回；且所述运动部件的所述微振动的振幅在一范围内，在所述范围中，在产生所述微振动的所述双态切换状态之一中，所述多根光纤的所有成对端部的光耦合比符合技术指标。
全文摘要
为了实现监测运动部件的机械响应特性的MEMS器件，以便无需改变现有的控制输入且不添加任何组件来检测严重故障的预兆，提供了振动探测装置80，用于探测在双态切换状态之一中在运动部件60中激励的微振动；动态特性分析单元，在来自探测的输出的基础上分析运动部件60的动态特性；存储器100，存储所分析的数据；运算单元110，检索所存储的数据，比较时域上相继的两条数据并计算所述两条数据之间的差异信息；以及故障诊断单元120，基于差异信息进行故障诊断。
文档编号G02B26/08GK1841121SQ200610073838
公开日2006年10月4日 申请日期2006年3月31日 优先权日2005年3月31日
发明者吉田惠 申请人:日本航空电子工业株式会社