梳齿式静电微驱动器稳定性分析与结构优化

针对典型梳齿式静电微驱动器驱动稳定性差的问题,建立微驱动器驱动稳定性分析模型,系统分析微驱动器驱动稳定性随其各结构参数的变化关系,提出基于稳定性因子的微驱动器驱动稳定性评估方法。提出弹性支撑机构外置方案,建立弹性梁非线性特征模型,基于模型分析结果设计预弯弹性梁结构,建立基于梳齿结构参数的静电力模型,研究不同梳齿结构对驱动器驱动稳定性的影响。研究结果表明,弹性支撑机构外置、预弯弹性梁结构以及线性交叠梳齿结构能够有效提高梳齿微驱动器大位移输出的驱动稳定性。

梳齿式静电微驱动器的边缘效应影响分析

针对梳齿式静电微驱动器横向静电力的边缘效应问题,采用基于保角变换的修正公式和有限元法分别进行建模分析。采用修正公式虽然可以减小分析误差,但不能准确捕获边缘效应对驱动器驱动性能的动态影响过程,而有限元法能够准确捕获横向静电力受边缘效应影响而发生突变的过程。通过有限元法分析得出,驱动器的结构参数及其工艺误差均对横向静电力的边缘效应有影响,而驱动电压对边缘效应的影响可以忽略;当梳齿接近完全交叠时,边缘效应的影响显著,驱动器驱动性能具有明显的非线性特征。

微加工静电排斥驱动器特性分析

基于非均匀电场可产生静电排斥力的原理,设计制造了单元尺寸为300μm的MEMS静电排斥型离面驱动器。此驱动器不受静电吸合效应的限制,行程较传统静电吸引型驱动器有显著提高。利用表面硅工艺完成了该驱动器的加工。为研究静电排斥型驱动器的动态响应特性,建立了该驱动器的等效模型并利用数值计算方法分析了驱动器的压膜阻尼特性和幅频特性。采用白光干涉仪对微驱动器进行了静态和动态测试,测试结果表明,所设计的MEMS静电排斥驱动器在100V的电压下实现了2.1μm的驱动位移,工作带宽为2kHz,具有较快的响应速度。

大位移多折叠梁静电驱动器的设计及力学性能分析

针对现有微静电梳状谐振器用作驱动器时输出位移极小的弱点，提出一种结构新颖、输出位移大、能工作于谐振状态和静电力状态下的多折叠梁微静电驱动器设计方案。建立该驱动器的力学分析模型，给出位移、弹性系数和谐振频率的解析公式。研究表明，当特征尺寸相同时，与常用的直脚型和蟹脚型谐振器相比，在相同电压下其输出位移可提高7倍-14倍，而在相同最大应力条件下其位移输出能力可提高4倍-9倍。

静电驱动MOEMS保险机构的设计与试验

为了提高引信状态控制的安全性,增强其抵抗引信内、外强电磁干扰的能力,提出了一种应用于微小型引信安全系统的硅基微光机电保险机构。该机构采用光纤作为过程能量传输的载体,通过静电驱动方式实现对光纤光路错位与对准的控制,达到引信安全与解除保险的目的。设计了MOEMS保险机构的总体结构和耦合光路,并对它进行SOI+DRIE工艺设计和加工。通过开展静电微驱动器性能测试试验和光路性能测试试验得出,静电微驱动器能够实现130μm的大位移输出,MOEMS保险机构的解除保险时间和恢复保险时间分别为13 ms和5 ms,光能传输效率为46.1%。所设计的MOEMS保险机构能够满足功能要求,具备天然的抗电磁干扰能力,有效提高了引信的本征安全性。

硅微陀螺梳齿驱动的面内失准分析

静电梳齿微驱动器因其结构简单、功耗低、灵敏度高、受温度影响小,成为硅微陀螺仪的主要驱动方式。静电梳齿微驱动器通常由活动梳齿和固定梳齿组成。理想情况下,活动梳齿平行地位于两固定梳齿中心位置。但由于加工误差、驱动结构不对称、扰动等因素,使得活动梳齿相对固定梳齿发生偏转。该文应用能量法及虚功原理,建立了梳齿之间的力与力矩平衡方程。得出了非理想情况下,偏离距离和转角的解析表达式,并分析得出了梳齿间的临界电压。经过数值仿真发现,梳齿面内既偏转又转动时的临界电压小于只发生偏转或转动时的临界电压。

Frequency comb in a parametrically modulated micro-resonator

In this paper,we report the frequency comb response experimentally and analytically in a rhombic micro-resonator with parametrical modulation.When the electrostatically actuated rhombic micro-resonator is modulated axially by a low-frequency periodic excitation,a comb-like vibration response with few equidistant positioned fingers in the frequency domain is observed.The finger spacing of frequency comb response is exactly consistent with modulation frequency and the number and amplitude of the fingers can be tuned by modulation strength.A mixed frequency comb with extra comb fingers is further generated when the resonator is modulated simultaneously by two different low-frequency excitation signals.By adjusting the relation of the two modulation frequencies,unequal spacing frequency combs are achieved for the first time,which leads to a more flexible tunability of the comb spacing for different applications.Theoretical analysis based on the dynamic model well explains the corresponding observations.