MEMS Fabry‐Pérot‐interferometriaan perustuvan lähi‐infrapuna‐alueen detektorin tärinätestauslaitteisto

Abstract

Työssä haluttiin toteuttaa tärinätestauslaitteisto MEMS Fabry-Pérot-interferometriaan perustuvan lähi-infrapuna-alueen detektorin testausta varten. Lisäksi tavoitteena oli suorittaa mittauksia tuotteelle. MOEMS-elementin tärinätestaus oli tarkoitus suorittaa osana sen tutkimusprojektia. Laitteiston osalta työ koostui vaaditun mittauselektroniikan suunnittelusta ja tilaamisesta, tärinätestauslaitteiston sekä tarvittavien mittalaitteiden integroinnista yhteiseksi kokonaisuudeksi sekä tarvittavien ohjelmien konfiguroinnista ja valmistelusta.

Työn aikana perehdyttiin erityisesti piirilevyn suunnitteluprosessiin sekä monimutkaisen mittalaitteiston käyttöön ja kokonaisuuden hallintaan. Teorian osalta työssä syvennyttiin Fabry-Pérot-interferometriaan, tärinätestaukseen sekä ohuen laatan resonansseihin.

Mittalaitteisto koostui pohjimmiltaan kahdesta osuudesta: tärinän tuottamiseen tarvittavista laitteista sekä signaalin mittaukseen vaadittavista laitteista. Mittauselektroniikka kuului näistä jälkimmäiseen, ja sen suunnittelu oli työn ensimmäinen ja lopulta aikaa vievin vaihe. Mittauselektroniikka suunniteltiin soveltuvaksi tärinälaitteistoon ja sen suunnittelussa ja piirtämisessä otettiin huomioon detektorin herkän signaalin vaatimukset.

Koska mittalaitteisto koostui monista eri laitteista, tuli laitteistoa kyetä ohjaamaan hallitusti ja tämä tapahtui tietokoneella. Mittalaitteiston ohjausta varten oli valmiiksi käyttöliittymä, jonka kautta pystyttiin rakentamaan mittaussekvenssejä, jotka automatisoivat mittauksia.

Työssä rakennettiin mittalaitteisto, jolla voidaan tutkia ja mitata tuotteen signaalia korkean taajuuden tärinälle altistettuna. Toteutetun mittauselektroniikan toiminta varmistettiin myös osana laitteiston testausta. Aikataulusyistä ei itse mittauksia saatu suoritettua vaan niitä tullaan vielä jatkamaan tämän insinöörityön valmistuttua.

Objective of this thesis was to build vibration testing system for MEMS Fabry-Pérot-interferometry based NIR-detector and after that perform some vibration testing for it. Vibration testing was part of an ongoing research project. Considering the measurement setup, the work was divided to designing and ordering measurement electronics (PCB), integrating vibration system to work in conjunction with measurement system and configuration and preparation of the software used.

In the process I learned about basic design guidelines of circuit boards and design and usage of complex measurement system. In the theory part of the thesis I looked into Fabry-Pérot-interferometers, vibration testing in general and thin plate resonances.

The setup was basically divided into two sections: the devices needed for producing the vibration and the devices that measured the detectors signal and provided the light and optics. Measurement electronics was part of the latter and it turned out to be the most time consuming part to design the PCB. Measurement electronics was designed to fit the vibration system and to be able to deliver detectors noise-sensitive signal to the Lock-In-amplifier.

Because of the multiple devices used, operating of the measurement system was done by a computer. There was a ready-made user interface that provided possibility to create measurement sequences that automated functions needed when doing measurements with the setup.

The finished measurement system can be used to analyse and measure the signal under high frequency vibration. The new measurement electronics were verified to be functional. Because of the delays in the PCB ordering process and limitations of the schedule, measurements of the products performance are still to be made.