基于微操作的大行程高分辨率旋转微驱动器的研究

根据仿生学原理 ,采用分立式布局 ,研制出大行程高分辨率旋转微驱动器。该微驱动器采用电磁铁箝位、压电陶瓷驱动的爬行式步进机构形式 ,实现了光学镜面的二维微调整操作。实验表明 ,该微驱动器具有分辨率高、行程大、步距可变等特点 ,也适用于其它微操作中大行程高分辨率的旋转驱动。

PZT系多层片式压电陶瓷微驱动器位移性能研究

采用陶瓷坯膜流延成型和陶瓷坯膜／金属内电极共烧技术，制作了多层片式高含铅PZT软性压电陶瓷微驱动器．该器件具有体积小、工作电压低、位移量大（38V，105μm）的特点．本文对制作的多层片式器件在直流和单向交流工作电压的作用下产生的静态和动态位移特性，从PZT压电陶瓷材料的晶体和电畴结构特点进行了分析和研究．

基于惯性-摩擦原理的PZT驱动四自由度微驱动器的研究

提出了一种由 PZT驱动、基于惯性 -摩擦原理的四自由度驱动器方案 ,在原理实验的基础上制作了四自由度驱动器的原型 ,并讨论了这一微驱动器的运动特点。实验证明 :这一原理应用于微驱动器是可行的。压电陶瓷的通电频率处于 0 Hz～ 30 0 0 0 Hz时微驱动器的运动是线性可控的。同时 。

基于惯性-摩擦驱动的球基微驱动器逆转现象分析

在压电陶瓷等效电学模型的基础上,结合外加驱动信号波形分析了基于惯性-摩擦驱动的球基微驱动器在工作过程中金属球产生逆转现象的原因,建立了金属球的转速及位移模型,采用快速放电回路和加速压电陶瓷放电的方法减小金属球的逆转位移及振动;利用压电陶瓷管作为微驱动元件,设计了基于惯性-摩擦驱动的球基微驱动器,并采用不同频率的三角波信号对所设计微驱动器进行试验测试.结果表明:驱动信号频率越高,微驱动器的振动现象越明显;当驱动信号频率接近、等于或大于微驱动元件(压电陶瓷管)的固有放电周期时,金属球出现无规律运动,导致微驱动器失效;根据1 H z低频信号时的试验结果与计算所得结果基本吻合,证明了所建立的逆转理论模型的合理性.

一种基于静电排斥力的纵向微驱动器研究

为了消除静电塌陷对静电吸引力微驱动器冲程的限制,设计了一种基于静电排斥力的纵向微驱动器实现结构,其可动电极和固定电极在工作过程中互相远离,可以从根本上解决静电塌陷问题,且冲程不受牺牲层厚度的限制;借助Maxwell2D软件,采用数值仿真方法,研究了微驱动器结构参数对静电排斥力大小的影响.数值仿真结果表明,梳齿电极水平间距,固定/可动梳齿电极宽度和两者的比值都是影响静电排斥力大小的关键因素.

六自由度并联超精密微驱动器

本文介绍作者研制的集精密机械技术、精密测试技术和智能反馈控制技术于一体的压电陶瓷驱动六自由度并联越精密微驱动器，并创造性地建立了微动并联机构的运动学模型。文中依次介绍了该驱动器的结构、控制策略、控制系统及实验结果，最后介绍了其应用前景。

电磁悬浮式微驱动器的有限元分析研究

设计了一种新型的多点峰值磁场相互作用的电磁悬浮式微驱动器,解决了悬浮驱动力与横向力相互耦合的问题,有利于调节悬浮体的运动姿态。通过对悬浮力关于输入电流、气隙高度做单一因素参数化有限元分析和联合参数化有限元分析,得到了微驱动器有限元特征参数关系曲线。通过实验测试,得到的实验特征参数关系曲线与理论特征参数关系曲线和有限元特征参数关系曲线吻合一致,表明了所设计的微驱动器的可行性。

压电型惯性微驱动器研究

提出基于惯性-摩擦的新型压电驱动方式,设计出可实现直线运动和圆周运动的压电微型驱动器。对微驱动器进行了动力学建模,给出了试验结果及分析,并讨论了驱动器的应用方向。

磁场同步跟随式电磁悬浮微驱动器的理论分析与建模

提出了一种基于磁场同步跟随的新型电磁悬浮式微驱动器,解决了悬浮驱动力与横向力相互耦合的问题,可实现高精度微运动。通过理论分析,建立了该驱动器的驱动力数学模型;采用矢量磁位法、傅里叶级数法和麦克斯韦张量法完成了该驱动器的特征参数辨识,并分析了永磁体材料、尺寸、导线阵列电流大小以及气隙高度对悬浮力大小的影响,由此得到悬浮力与气隙、电流的关系。实验结果证实了理论分析与建模的正确性以及该驱动器的实际可行性。

V型电致热微驱动器的力学特性分析

运用能量法推导并建立了一种V型悬臂粱电热微致动器的力学模型。利用该力学模型得到了致动器的力学特性 ,并且与相关的实验结果进行了对比。由理论分析和实验对比发现 。

多维微驱动器纳米定位系统的研究

本文论述了在有多维微驱动器定位系统中 ,应用 PID和 FU ZZY联合控制的方式解决定位中存在的速度调节与系统振荡的矛盾 ;应用坐标变换方式解决多维定位系统中的干涉现象 ;以及在实际系统中 ,采用直线电机与微驱动器联合驱动的硬件构架 ,并配以上述控制策略 ,对定位系统进行粗定位和微定位 ,最终实现大范围和高精度的定位系统 .

基于ANSYS的面内压电微驱动器有限元分析

设计了一种新型水平面内微驱动器,其具有结构简单,响应速度快,输出位移大的特点。通过ANSYS软件建立了微驱动器的有限元模型,并对其进行压电分析,获得y、z向的变形图,其输出端的y、z向位移分别为0.61μm和1.13μm。经过模态分析获得微驱动器的前五阶共振频率,并提取了前三阶振型图,研究结果可知共振状态对微驱动器工作的影响状况。对微驱动器的关键尺寸进行了参数化研究,可对微驱动器的进一步设计提供理论指导。

一种新型MEMS微驱动器的设计与仿真分析

提出并设计了具有双稳态功能的新型电磁型MEMS微驱动器结构形式。微驱动器由导磁的两端固支的扭梁、两端可自由摆动的悬臂梁,以及永磁体、下磁路和平面线圈组成。永磁体的使用,实现了器件的双稳态功能,从而可以得到低功耗的磁驱动器。通电线圈用来实现器件的姿态转换。对设计的器件进行了电磁仿真分析,验证了器件的双稳态机制,分析表明:铁芯的存在对器件功能有决定性的影响。

溶胶-凝胶法制作PZT微驱动器的研究

采用溶胶-凝胶法(Sol-gel)制备了PZT压电薄膜,利用PZT的压电效应制作以PZT薄膜为驱动的V型阀微驱动器。针对微驱动器的关键结构驱动膜,探索了Si/SiO2/Ti/Au/PZT/Cr/Au多层驱动膜结构制备方法,解决了在硅基底上制备PZT薄膜的问题,同时详细探讨了硅各向异性刻蚀微驱动器的关键部件驱动腔、单向阀的工艺,解决了集成制作的V型阀微驱动器的关键工艺问题,并通过SEM照片对V型阀和多层驱动膜进行了表征。研究结果表明,采用MEMS与IC技术结合的方法成功地完成了微驱动器的研制,得到的驱动腔硅杯平坦均匀。在V型阀微驱动器整体设计中需要的硅片数目少,降低了器件的复杂性,可以满足低功耗、小型化和批量生产的要求。

低压大位移静电微驱动器驱动机理分析

针对微电子机械系统领域中横向加载单向变形静电微驱动器存在位移过小或驱动电压过大的问题,提出一种纵横弯曲硅基大位移低电压静电微驱动器.分析了静电调节力、温度应力和挤压力对微梁变形的影响.基于纵横弯曲理论,推导出位移放大系数δ.仿真结果发现,纵横弯曲微驱动器的驱动机理实质是通过位移放大系数δ,放大单向加载横向驱动器变形量,从而实现大位移、低电压驱动目的;5V驱动电压可实现高达17.5μm的位移,远大于目前传统横向加载单向变形微驱动器的变形量.

微驱动器的研究与发展

微电子机械系统(Micro Electro Mechanical Systems,简称MEMS)是在微电子技术的基础上兴起的一门应用技术,微驱动器是MEMS的重要组成部分。首先阐述了几种新型驱动原理:机械化学驱动、渗透驱动、生物能源驱动、仿生驱动、光致伸缩驱动,接下来介绍了常用驱动技术压电驱动、静电驱动、磁致伸缩驱动和气动驱动的当前研究成果。总结了常用微驱动器的驱动方式及特征。提出了目前研究中存在的主要问题,在此基础上简要分析了微驱动器的发展前景。

关于新型功能材料精密微驱动器的研究综述

精密微驱动器是微机电系统的核心部件,是实现微器件运动的关键。微驱动器的工作原理主要是利用物体的物性效应(物理效应、化学效应、生物效应等)实现对目的物的驱动与操作,本质就是将光、电、热等多种形式的能量转换成为机械能输出,是近几年研究的热点。文章全面综述了电热式、磁致伸缩、电磁、压电陶瓷、静电和形状记忆合金几种微位移驱动器的原理、结构、特性及应用领域。

基于PZT-Si的微机电系统微驱动器的设计与仿真分析

设计了一种基于PZT和Si的蟹爪型MEMS微驱动器,具有结构简单、响应速度快、输出位移大的特点。为了进一步优化结构、提高使用寿命,根据微驱动器的结构特征,建立了直流电压下PZT蟹爪梁的的力-电耦合数学模型,得到了驱动电压与变形量的关系曲线。采用数值模拟方法开展了压电层材料、厚度等参数对微驱动器驱动性能的影响研究,研究表明:相对于压电层厚度和输入电压的影响,压电材料性能是系统稳定性的主要影响因素。以弹性柔顺系数相对较低的"硬陶瓷"PZT-4作为压电层时,微驱动器的稳定性增强但驱动响应有所降低;而当选用弹性柔顺系数相对较大的"软陶瓷"PZT-5和PZT-5H作为压电层时,微驱动器的驱动效应增强而稳定性降低。在此基础上,对微驱动器的结构参数进行了优化分析,确定了蟹爪梁结构参数的最优组合,为微驱动器的设计和改进提供了理论指导。

基于石蜡热膨胀的无缆双向微驱动器研制

讨论了石蜡热膨胀性能,分析国内外基于石蜡热膨胀的微驱动器的工作原理和特点,并介绍笔者研制的一种电磁驱动热膨胀型无缆双向微驱动器。该驱动器基于蠕虫移动原理,并可通过外加磁场控制移动方向,成功地实现了无线驱动方式下的双向运动,使其在大驱动力、大变形量和医用内窥镜方面具有明显的优势。

扭臂式静电微驱动器的pulli-n现象分析

从扭臂式微驱动器模型出发,分析了器件在静电驱动条件下pulli-n现象的产生条件,并给出公式化结果。讨论了器件的几何结构参数对于pulli-n现象的影响,并对具体结构的器件给出了pulli-n角度和pulli-n电压等方面的分析结果。对于特定的扭臂结构,pulli-n角度为悬臂梁最大扭转角度的44.04%,且与扭臂的结构参数无关。