基于稀土超磁致伸缩材料的微致动器设计

选择 Terfenol- D作为微致动器主要材料 ,采用弹簧对 GMM棒施加一定的预压力以获得较大的磁致伸缩应变 ,采用偏置磁场消除 GMM棒的倍频现象并使之工作在线性段 ,对磁路进行了分析和优化设计。针对电磁线圈工作发热及涡流损耗引起的 GMM棒温升 。

超磁致伸缩微致动器车削系统建模与控制

综合考虑温度、预应力及碟簧非线性的影响,建立超磁致伸缩微致动器(giant magnetostrictive micro-actuator,简称GMA)车削加工系统非线性动力学微分方程。根据精确反馈线性化的滑模变结构控制方法设计控制器,采用双曲正切函数代替符号函数,并引进边界层,减少了系统的抖振,增加控制器的连续性。最后通过试验,验证了该控制方法的有效性,当系统存在外界干扰或是参数摄动时,该文设计的控制方法都能取得较好的控制效果,稳态误差达到纳米级。

压电微致动器元件的制作及特性分析

目的是设计和制作一种新型压电微致动器，用于高密度硬盘磁头的精确定位。其中，压电元件由传统的或改进的溶胶一凝胶工艺制备并利用反应离子刻蚀成型，压电层厚度范围为0．6～3μm。采用X-射线衍射和原子力显微镜等对PZT薄膜的物相、表面形貌以及颗粒尺寸等进行分析。结果显示，随着PZT层厚度从0．6～3μm的不断增加，其内部颗粒尺寸也相应增大，粗糙度越低。此外，该微致动器的驱动机理通过多普勒干涉仪进行测量。结果表明，对于封装了3μm厚PZT元件的U型微致动器悬臂装置，在±20V交变电压作用下，微致动位移达到1．146μm，谐振频率超过22kHz。

基于锆钛酸铅薄膜的变形镜微致动器

以锆钛酸铅(PZT)薄膜作为驱动材料,制备了变形镜的微致动器阵列.使用有限元软件对致动器进行了模拟仿真,得到了驱动器上电极尺寸、Si弹性层厚度等参数对致动器性能的影响,获得了最优化的致动器结构.以钙钛矿相的镍酸镧(LNO)作为PZT薄膜在Pt衬底上生长的缓冲层,增强了PZT薄膜的(100)取向,减小了PZT薄膜的内部应力,提高了致动器的驱动性能.最终制备出的1μm厚PZT薄膜驱动的变形镜微致动器,在10 V直流电压的激励下,具有2.0μm的变形量.以PZT薄膜作为驱动材料制备的变形镜微致动器阵列,对变形镜致动器的微型化和系统集成度的提高具有重要意义.

压电陶瓷微致动器的制作及驱动行为研究

制作一种新型压电陶瓷微致动器 ,用于高密度硬盘驱动器磁头的精确定位。该致动器采用高d31特性的压电陶瓷材料 ,采用烧结成型工艺 ,并使用溅射和反应离子刻蚀工艺制作而成 ,然后进行了退极化性能等分析。此外 ,建立了一种有限元简化模型并分析其驱动能力。结果显示 ,当采用双层结构的压电微致动器时 ,在外加电压± 30V作用下 ,悬臂自由端位移和谐振频率分别达到 0 93μm和2 0 4 2 5kHz ,表明该致动器满足硬盘驱动器对微致动器位移 /电压灵敏度、谐振频率等要求。

考虑温变时超磁致伸缩微致动器的动力学分析

建立了考虑温度变化时的超磁致伸缩微致动器的动态振动微分方程,得到了微致动器振动响应的非共振解析解.在已知磁化强度情况下,讨论了温度和预应力对振动响应的影响,并得到了位移响应随温度变化的系数;解出由于超磁致伸缩材料非线性而产生的亚谐共振解,讨论了温度对共振因子的影响.仿真结果表明,超磁致伸缩材料的磁-力-热耦合非线性对微致动器的振动响应有明显影响,在分析与设计微致动器时需要考虑温度的影响.

MEMS微致动器的研究

MEMS技术在未来的发展中有着重要的意义。本文介绍了MEMS微致动器和各类驱动模式的优缺点,并以微泵为例,详细比较了致动器的执行机制和原理。

超磁致伸缩微致动器结构优化与静态特性试验

采用超磁致伸缩材料作为微致动器的主要材料,详细阐述了超磁致伸缩微致动器的结构及性能。通过建立超磁致伸缩微致动器的2D轴对称模型,利用有限元方法对微致动器的电磁结构进行优化。试验结果表明超磁致伸缩致动器在合适的偏置磁场及预压力作用下,能达到较佳的输出电流位移及电流输出力响应特性。

压电陶瓷微致动器在计算机硬盘磁道定位机构中的应用

计算机硬盘磁道定位机构是计算机硬盘中的一个十分重要部件 .快速、准确地读取计算机硬盘上宽度为μm级的磁道信号是计算机硬盘磁道定位器设计和制作中的关键课题 ,对提高硬盘存储信号密度和读取时间有着重要意义 .文中利用多层片式压电陶瓷微致动器制作了适合计算机硬盘磁头二级定位用的磁道定位机构 ,并对该定位器的驱动性能进行了分析和研究 .

超磁致伸缩微致动器车削系统的动力学分析

考虑温度及预应力的影响,建立了应用于车削加工系统的超磁致伸缩微致动器动力学模型,并讨论了温度及预应力对其振动响应的影响.预应力对磁滞及理想磁化模型的超磁致伸缩微致动器模型输出位移的影响变化趋势相同,都出现"翻转"现象,在激励磁场小幅值范围内,系统的输出位移随着预应力的增加而减小,随着激励幅值的增加而增加;当激励磁场幅值较小时,温度对输出位移的影响较小,但是当激励磁场幅值较大时,输出位移随着温度的升高而明显减小.该结果对如何处理预应力、温度、超磁致伸缩材料的滞回的影响提供了理论依据.

稀土超磁致微致动器驱动电源实验研究

介绍了稀土超磁致伸缩微致动器的结构、工作原理 ,给出了基于功率MOSFET管的超磁致伸缩执行器驱动电源的电路 ,实验表明该驱动电源可以满足微致动器的工作需要。

V型电热硅微致动器动态频率特性

提出了V型电热硅微致动器的弯曲振动力学模型。考虑到微米尺度上的硅梁难以简化为质量块、弹簧振动模型,采用了连续体建模,据此可进行其模态分析及动态频率特性的理论研究。利用自行设计制造的在线动态测试机构,测试了V型电热硅微致器在不同激励电压驱动下的响应输出,结果表明其位移输出也是随交变驱动电压的变化而非同步地发生变化。

斜梁型电热微致动器的输出位移计算及实验

为了计算斜梁型电热微致动器的输出位移,基于电-热分析和热平衡原理建立了电热微致动器的电热耦合稳态传热方程。对热-结构进行了分析,运用力法原理建立了微致动器的位移计算模型。然后,用有限元法和实际测试对比验证了温度分布和输出位移的理论值,得到了一致性很好的结果。最后,分析了微致动器输出位移的保持性和重复性,以及结构参数和工艺对微致动器输出位移的影响。分析表明:斜梁的长宽比和倾角是影响微致动器输出位移的主要参数,工艺对输出位移有影响。实验结果表明:9V和18V电压下,微致动器的最大位移分别为0.85μm和2.3μm,与理论计算结果相对误差为2.2%和12.8%,实测值与理论值误差较小,表明本文推导的斜梁型电热微致动器的输出位移计算公式合理,能够为该类微致动器的设计和计算提供理论依据。

用于三角翼气动控制的MEMS微致动器

结合三角翼气动特征 ,介绍了两种用于三角翼前缘涡控制的 MEMS微致动器 ,它们通过扰动边界层的分离 ,打破三角翼前缘分离涡的对称性 ,从而产生控制力矩。描述了微气泡致动器的工作原理、薄膜材料的选择以及结构工艺。利用计算流体力学软件对微气泡致动器阵列扰动下三角翼前缘涡的变化情况进行了数值仿真 ,进一步验证了控制方案的可行性。

硬盘用压电厚膜微致动器的制作及有限元分析

设计、制作并分析了一种用于高密度硬盘磁头精确定位的新型压电厚膜微致动器.采用流延技术制备PMN-PZT多层膜元件,使用丝网印刷工艺制作Ag/Pd内电极,并对其进行了有限元建模和仿真.仿真结果表明,当采用4层结构的压电厚膜微致动器时,在外加电压±30V的条件下,可以实现0.9216μm的悬臂自由端位移和19.638kHz的谐振频率.

超磁致微致动器能量耦合转换有限元分析

根据超磁致材料(giantmagnetostrictivematerial,GMM)磁-机耦合能量转换的本构关系,采用有限元(FEM)耦合迭代方法,设计了超磁致微致动器,研究了超磁致介质的力学特性(应力、应变)与磁学特性(磁场强度、磁感应).对算法的考察分析表明,不同类型负载下FEM耦合迭代算法均具有良好的收敛性能.将FEM耦合迭代计算的理论结果与实验结果作了比较,两者比较吻合.对不同预压力下器件的响应特性进行了分析,结果表明,在6MPa预压力下,致动器具有较好的线性和较大的应变量,二者取得较好的折中.

基于BP神经网络的U型电热微致动器仿真分析

以BP神经网络、随机有限元法为基础,对U型电热微致动器进行了仿真分析.首先利用有限元分析软件ANSYS对U型电热微致动器进行有限元分析得到具体结构尺寸对微致动器最大位移的影响,然后通过建立的BP神经网络来拟合响应与输入之间的关系,根据蒙特卡罗模拟原理获得足够多的样本值对训练后的网络进行误差分析,结果证明本文提出的分析方法是可行有效的.

PMN-PZT多层厚膜微致动器的制作与分析

研制了一种用于计算机磁头精确定位的'U'形压电微致动器。该致动器由流延法在不锈钢(SUS304)基体上制备镁铌酸铅一锆钛酸铅(PMN-PZT)多层膜,并由丝网印刷工艺制作Ag／Pd内电极。在此基础上,在多普勒干涉仪(LDV)上对封装了压电元件的'U'形微致动器进行了测试。结果表明,该致动器具有优异的位移／电压灵敏度、谐振频率等特点。此外,有限元仿真进一步验证了多层结构的压电元件可以有效地提高压电微致动器的驱动能力。

稀土超磁致伸缩微致动器设计与实验

作为微制造平台主动隔振系统微致动器核心部件,超磁致伸缩微致动器的工作性能将直接影响整个系统的控制精度.选择Terfenol-D作为微致动器主要材料,设计了一种新型超磁致伸缩微致动器.电磁结构设计中,采用电磁场解析计算进行初步设计,进而采用有限元法对致动器的结构和线圈参数进行进一步的分析与优化.静态特性实验结果表明,该微致动器具有较大的静态位移输出、力输出及较小的位移滞回.

微电子机械系统中微致动器力矩测试技术的研究

本文提出了一种新的非接触式、高灵敏度微致动器输出力矩动态测试方法 ,以非接触测量代替接触测量 ,改间接测量为直接测量 ,最大限度地减少中间环节及测量影响因素 ,测量精度可提高一个数量级 ,测量范围可提高到 10 - 4～ 10 - 7Nm .同时 ,设计了非接触、高灵敏度微致动器力矩动态测量仪 ,并对其中的两项关键技术—非接触微力制动和微力自动加载进行了论述 。