驅動結構發生膨脹，由于第一、二熱膨脹力源的門型結構完全相同，因此將產生完全相同的熱膨脹力。帶測微游標的第一熱膨脹力源101實現對金屬細條103的拉伸，并由測微游標測量拉伸量。帶測微游標的第二熱膨脹力源102實現對雙端固支梁104的頂撐，使其產生向左的彎曲撓度，測微游標測量該撓度的數值，由雙端固支梁104的撓度和材料參數、幾何尺寸可以計算得到該雙端固支梁受力大小，該力大小與第一熱膨脹力源101拉伸金屬細條所施加的力大小相同。由力、金屬細條被拉伸的長度以及金屬細條的幾何尺寸即可計算得到金屬薄膜材料的楊氏模量。
[0034]以上所述僅是本發明的優選實施方式，應當指出:對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發明的保護范圍。
【主權項】
1.一種金屬薄膜材料楊氏模量測試結構，其特征在于該測試結構由五部分組成:帶測微游標的第一熱膨脹力源(101);帶測微游標的第二熱膨脹力源(102);待拉伸金屬構件(103);雙端固支梁(104);加載驅動電流的第一錨區(100-1)和加載驅動電流的第二錨區(100-2);其中，帶測微游標的第一熱膨脹力源(101)、帶測微游標的第二熱膨脹力源(102)和雙端固支梁(104)均采用已知楊氏模量和殘余應力的多晶硅材料制作； 帶測微游標的第一熱膨脹力源(101)、帶測微游標的第二熱膨脹力源(102)、待拉伸金屬構件(103)、雙端固支梁(104)和加載驅動電流第一錨區(100-1)、加載驅動電流第一錨區(100-2)的連接關系如下:帶測微游標的第一熱膨脹力源(101)的第一上水平長梁(101-1)、第一下水平長梁(101-2)的左端分別連接到加載驅動電流第一錨區(100-1)、加載驅動電流第一錨區(100-2);帶測微游標的第二熱膨脹力源(102)的第二上水平長梁(102-1)、第二下水平長梁(102-2)的右端分別連接到加載驅動電流第一錨區(100-1)、加載驅動電流第一錨區(100-2);帶測微游標的第一熱膨脹力源(101)中的第一豎直寬梁(101-3)與待拉伸金屬構件(103)中的金屬豎直寬梁(103-3)疊合連接，帶測微游標的第二熱膨脹力源(102)中第二水平運動的動齒(102-4)左端垂直連接在雙端固支梁(104)中豎直長梁(104-3)的中心位置；帶測微游標的第一熱膨脹力源(101)、帶測微游標的第二熱膨脹力源(102)、待拉伸金屬構件(103)的軸線重合并且通過雙端固支梁(104)的中心； 所述待拉伸金屬構件(103)包括一個待拉伸金屬構件錨區(103-1)、一根金屬水平細條(103-2)、一個金屬豎直寬梁(103-3);金屬水平細條(103-2)左端與待拉伸金屬構件錨區(103-1)相連形成固定端，金屬水平細條(103-2)右端與金屬豎直寬梁(103-3)垂直連接形成拉伸端； 所述雙端固支梁(104)由上錨區(104-1)、豎直長梁(104-3)、下錨區(104-2)依次連接而成，豎直長梁(104-3)的中部接第二水平運動的動齒(102-4)； 所述加載驅動電流的錨區有兩個分別是加載驅動電流第一錨區(100-1)、加載驅動電流第一錨區(100-2)，用于連接帶測微游標的第一熱膨脹力源(101)和帶測微游標的第二熱膨脹力源(102)并注入驅動電流。
2.根據權利要求1所述的金屬薄膜材料楊氏模量測試結構，其特征在于，所述帶測微游標的第一熱膨脹力源(101)由一個門型的熱膨脹驅動結構和一個測微游標連接而成；其中，門型的熱膨脹驅動結構由第一上水平長梁(101-1)、第一豎直寬梁(101-3)和第一下水平長梁(101-2)依次連接而成；第一上水平長梁(101-1)和第一下水平長梁(101-2)的右端垂直連接到第一豎直寬梁(101-3)的上、下端；在第一豎直寬梁(101-3)的中心向右沿門型的熱膨脹驅動結構的軸線方向連接一個測微游標，測微游標由第一水平運動的動齒(101-4)、第一下定齒(101-5)、第一上定齒(101-6)組成；其中，第一水平運動的動齒(101-4)為上下兩邊均勻分布若干齒的結構，所有齒的寬度和齒的間距均相等，第一下定齒(101-5)、第一上定齒(101-6)為固定不動的單邊齒結構，所有齒的寬度都和第一水平運動的動齒(101-4)的齒相同，但齒間距比齒的寬度大I Λ，Λ是游標尺的分辨率；第一下定齒(101-5)位于第一水平運動的動齒(101-4)之下，齒邊向上，第一上定齒(101-6)位于第一水平運動的動齒(101-4)之上，齒邊向下；第一水平運動的動齒(101-4)左邊第一齒相對其下部的第一下定齒(101-5)左邊第一齒偏左I Λ，自左向右，第一水平運動的動齒(101-4)左邊第二齒相對其下部的第一下定齒(101-5)左邊第二齒偏左2 Λ，以此類推，第一水平運動的動齒(101-4)左邊第η個齒相對其下部的第一下定齒(101-5)左邊第η個齒偏左η Λ ;第一水平運動的動齒(101-4)的齒相對其上部的第一上定齒(101-6)的關系延續了下部關系，即當第一水平運動的動齒(101-4)和第一下定齒(101-5)的最大偏差為πιΛ時，第一水平運動的動齒(101-4)左邊第一齒相對其上部的第一上定齒(101-6)左邊第一齒偏左(m+1) Λ ο
3.根據權利要求1或2所述的金屬薄膜材料楊氏模量測試結構，其特征在于，所述帶測微游標的第二熱膨脹力源(102)和帶測微游標的第一熱膨脹力源(101)的結構與尺寸完全相同；帶測微游標的第二熱膨脹力源(102)和帶測微游標的第一熱膨脹力源(101)呈左右鏡像關系；其中，門型的熱膨脹驅動結構由第二上水平長梁(102-1)、第二豎直寬梁(102-3)和第二下水平長梁(102-2)依次連接而成；第二上水平長梁(102-1)和第二下水平長梁(102-2)的左端垂直連接到第二豎直寬梁(102-3)的上、下端，在第二豎直寬梁(102-3)的中心向左沿門型的熱膨脹驅動結構的軸線方向連接一個測微游標，測微游標由第二水平運動的動齒(102-4)、第二下定齒(102-5)、第二上定齒(102-6)組成，其中，第二水平運動的動齒(102-4)為上下兩邊均勻分布若干齒的結構，所有齒的寬度和齒的間距均相等；第二下定齒(102-5)、第二上定齒(102-6)為固定不動的單邊齒結構，所有齒的寬度都和第二水平運動的動齒(102-4)的齒相同，但齒間距比齒的寬度大I Λ，Λ是游標尺的分辨率，第二下定齒(102-5)位于第二水平運動的動齒(102-4)之下，齒邊向上，第二上定齒(102-6)位于第二水平運動的動齒(102-4)之上，齒邊向下，第二水平運動的動齒(102-4)右邊第一齒相對其下部的第二下定齒(102-5)右邊第一齒偏右I Λ，自右向左，第二水平運動的動齒(102-4)右邊第二齒相對其下部的第二下定齒(102-5)右邊第二齒偏右2 Λ，以此類推，第二水平運動的動齒(102-4)右邊第η個齒相對其下部的第二下定齒(102-5)的右邊第η個齒偏右η Λ ;第二水平運動的動齒(102-4)的齒相對其上部的第二上定齒(102-6)的關系延續了下部關系，即當第二水平運動的動齒(102-4)和第二下定齒(102-5)的最大偏差為m Λ時，第二水平運動的動齒(102-4)右邊第一齒相對其上部的第二上定齒(102-6)右邊第一齒偏右(m+1) Λ。
【專利摘要】本發明提出了一種金屬薄膜材料楊氏模量測試結構，測試結構包括五部分：帶測微游標的第一熱膨脹力源；帶測微游標的第二熱膨脹力源；待拉伸金屬構件；雙端固支梁；加載驅動電流的錨區。其中，帶測微游標的熱膨脹力源和雙端固支梁均采用已知楊氏模量和殘余應力的多晶硅材料制作。該結構除了可以測量金屬薄膜的楊氏模量外，通過對測試過程的控制還能同時測量金屬存在的殘余應力、斷裂強度以及臨近斷裂時的楊氏模量。
【IPC分類】G01N3-08
【公開號】CN104568585
【申請號】CN201510010179
【發明人】李偉華, 王雷, 張璐, 周再發
【申請人】東南大學
【公開日】2015年4月29日
【申請日】2015年1月8日