Scanning confocal vibrometer microscope for vibration analysis of energy-harvesting MEMS in wearables

Abstract We present a scanning confocal laser-Doppler vibrometer microscope for sensitive, contactless measurement of microelectromechanical systems (MEMS). This systems enables the dynamic analysis up to 3.2 MHz with a lateral resolution of few micrometers. We show measurements on developed MEMS for vocal-energy harvesting in wearables and medical implants. For efficient harvesting a cantilever beam with a serpentine form was designed with a fundamental resonance at 200 Hz. We verified the simulated mode shapes with our vibration measurements. The observed deviations in resonance frequencies between simulation and measurement are due to modelling and manufacturing dissimilarities. Zusammenfassung Wir stellen ein scannendes konfokales Laser-Doppler-Vibrometermikroskop für die empfindliche und berührungslose Messung von Mikrosystemen vor. Unser System erlaubt die dynamische Analyse der Bauteile bis zu einer Frequenz von 3.2 MHz bei einer lateralen Auflösung von wenigen Mikrometern. Wir zeigen Messungen an entwickelten Mikrosystemen zum Energie-Harvesting aus Stimmanregung für Wearables und medizinische Implantate. Für das effiziente Harvesting wurde ein serpentinenförmiger Cantilever entwickelt, der eine Resonanz bei 200 Hz besitzt. Wir verifizierten die simulierten Schwingformen mit unseren Schwingungsmessungen. Abweichungen der gemessenen Resonanzfrequenzen zwischen der Simulation und den Messungen sind auf Unterschiede zwischen Modell und gefertigtem Bauteil zurückzuführen.