光MEMS微镜芯片的有限元网格技术研究

通过COMSOL Multiphysics软件对静电驱动扫描微镜的特征频率进行求解,并对其进行了稳态和频域分析。首先向扫描微镜添加静电及固体力学2个物理场,在划分网格时,分别对扫描微镜采用不分区域传统四面体网格、分区域四面体网格及分区域自主划分网格3种网格划分方式,比较了3种网格划分方式的计算结果及效率。其中,采用不分区域传统四面体网格共生成2086176个网格,扫描微镜特征频率为8420.9 Hz;采用分区域四面体网格共生成1604449个网格,扫描微镜的特征频率为8348.2 Hz;采用自主划分网格共生成223670个网格,扫描微镜的特征频率为8349.4 Hz。不分区域四面体网格求得特征频率误差较大,故舍去这种方式。同时对稳态进行求解,在分区域传统四面体网格情况下,得出静电场特性下的电势分布图与应力分布图,在电压为30 V、瑞利阻尼为100时,对微镜进行频域分析,其最大偏转角度为7.1396°,仿真时间为137 min;同样条件下,得出采用分区域自主划分网格时的电势分布图与应力分布图,微镜最大偏转角度为7.1619°,仿真时间为38 min。在精度相近的情况下,与传统四面体网格相比,对微镜采用自主划分网格时,网格数量明显减少,求解效率明显提高。