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静电梳齿激励差分检测式微型电场传感器 被引量:5
1
作者 彭春荣 龚超 +4 位作者 陈贤祥 陶虎 白强 罗蕾 夏善红 《中国机械工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2005年第z1期171-173,共3页
研制了一种基于静电梳齿激励、差分检测式微型电场传感器.利用相关检测原理对该传感器进行了测试,测试结果表明,在外电场强度为0.5×105~25×105V/m范围内,传感器的输出特性基本满足线性关系,灵敏度可达到0.53μV·m/kV.
关键词 微型电场传感器 相关检测 差分检测 静电梳齿激励
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静电梳齿执行器分辨率和稳定性分析 被引量:3
2
作者 刘恒 苏伟 +1 位作者 何晓平 张富堂 《传感技术学报》 CAS CSCD 北大核心 2009年第1期34-37,共4页
通过探讨典型的静电梳齿执行器的分辨率和稳定性的机理,揭示目前研究的典型等高度静电梳齿执行器的横向位移与驱动电压具有非线性关系,分辨率存在线性度差的问题。鉴于目前大多数通过增加梳齿结构平面复杂度来改善分辨率的方法存在的微... 通过探讨典型的静电梳齿执行器的分辨率和稳定性的机理,揭示目前研究的典型等高度静电梳齿执行器的横向位移与驱动电压具有非线性关系,分辨率存在线性度差的问题。鉴于目前大多数通过增加梳齿结构平面复杂度来改善分辨率的方法存在的微制造困难,本文提出在不显著影响横向位移的条件下通过改变梳齿结构高度来改善分辨率的方法,事例仿真结果验证了梳齿变高度方法对改善分辨率的有效性,同时得到在梳齿变高度条件下静电梳齿执行器的稳定性有细微的下降的结论。 展开更多
关键词 静电梳齿微执行器 分辨率 变高度 非线性
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静电梳齿微谐振器结构参数化设计 被引量:1
3
作者 刘恒 张富堂 +1 位作者 何晓平 苏伟 《传感器与微系统》 CSCD 北大核心 2009年第7期82-85,共4页
从理论上分析静电梳齿微谐振器的机械力学特性,给出了活动梳齿的横向谐振频率解析解。鉴于目前静电微谐振器模拟仿真中存在的问题,提出利用基于MAST语言实现的MEMS宏模块建立微谐振器系统级通用仿真模型,为验证外围电路提供了基础。仿... 从理论上分析静电梳齿微谐振器的机械力学特性,给出了活动梳齿的横向谐振频率解析解。鉴于目前静电微谐振器模拟仿真中存在的问题,提出利用基于MAST语言实现的MEMS宏模块建立微谐振器系统级通用仿真模型,为验证外围电路提供了基础。仿真结果与理论模态分析相一致,验证了模型的有效性。通过谐振频率对结构参数的敏感性分析为优化谐振器性能提供基础,使工作模态远离其他高阶模态;合理安排激励电极,抑制一阶模态扰动。敏感性仿真表明:在横向振动微谐振器中,工作模态谐振频率随梁长的增加而减小;随梁宽的增加而增大;结构层厚度对横向振动频率没有影响;梳齿部分所有参数的变化造成频率的反向变化。 展开更多
关键词 静电梳齿微谐振器 参数模型 谐振频率 灵敏度分析
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静电梳齿驱动结构的稳定性分析 被引量:7
4
作者 张峰 苑伟政 +2 位作者 常洪龙 丁继亮 谢建兵 《传感技术学报》 CAS CSCD 北大核心 2011年第8期1122-1125,共4页
静电梳齿驱动结构的最大驱动位移主要受限于其侧向不稳定性,即当驱动电压接近吸合电压时,静电梳齿驱动结构的活动梳齿与固定梳齿发生吸合,导致静电梳齿驱动器失效。建立典型静电梳齿驱动结构的稳定性分析模型,研究梳齿驱动结构稳定性的... 静电梳齿驱动结构的最大驱动位移主要受限于其侧向不稳定性,即当驱动电压接近吸合电压时,静电梳齿驱动结构的活动梳齿与固定梳齿发生吸合,导致静电梳齿驱动器失效。建立典型静电梳齿驱动结构的稳定性分析模型,研究梳齿驱动结构稳定性的影响因素,并进行理论分析、仿真分析和实验验证。结果表明:支撑梁结构的纵/横刚度比是影响静电梳齿驱动结构稳定性的关键因素,其比值越大,静电梳齿驱动结构的稳定性越好。 展开更多
关键词 静电梳齿驱动结构 稳定性 侧向吸合 刚度
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大位移、低电压驱动MEMS静电梳齿驱动器的设计与研究 被引量:3
5
作者 李海军 杨拥军 《微纳电子技术》 CAS 2002年第7期27-30,共4页
分析了MEMS静电梳齿驱动工作原理,以梳齿结构和弹性梁结构为基础,综合考虑了动态特性、可靠性以及加工工艺可行性要求。提出了非等高结构、变形曲臂梁结构、位移放大驱动器、垂直Z向位移静电梳齿驱动器等四种大尺度、低电压驱动线性MEM... 分析了MEMS静电梳齿驱动工作原理,以梳齿结构和弹性梁结构为基础,综合考虑了动态特性、可靠性以及加工工艺可行性要求。提出了非等高结构、变形曲臂梁结构、位移放大驱动器、垂直Z向位移静电梳齿驱动器等四种大尺度、低电压驱动线性MEMS静电梳齿驱动器结构设计。利用CAD采用FEA法分别建模、仿真,进行了大位移、低电压驱动MEMS静电梳齿驱动器的动态与静态的研究,并获得20V直流偏置、位移80~130μm、驱动器面积小于2mm×2mm的结果。 展开更多
关键词 位移 低电压 MEMS 静电梳齿驱动器 放大器 有限元 微电子机械系统
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静电梳齿结构横向间隙的边缘效应分析 被引量:2
6
作者 许立 董林玺 王威 《传感器与微系统》 CSCD 北大核心 2010年第8期26-28,共3页
提出静电驱动梳齿结构横向静电力的边缘效应问题。通过对传统平行板电容器的静电力分析,着重研究了横向梳齿间距和驱动电压对边缘效应与静电力的影响,并与Ansoft有限元仿真结果对比。结果表明:当大间隙时,梳齿受到的边缘效应不明显,但... 提出静电驱动梳齿结构横向静电力的边缘效应问题。通过对传统平行板电容器的静电力分析,着重研究了横向梳齿间距和驱动电压对边缘效应与静电力的影响,并与Ansoft有限元仿真结果对比。结果表明:当大间隙时,梳齿受到的边缘效应不明显,但较大电压时会出现静电力与电压平方的非线性现象;当小间隙时,平行板电容器模型公式不再适用,间隙值越小,电压越大时,耦合作用越明显,梳齿横向静电力越大,受到边缘效应的影响越大,横向静电力不再为恒定值。 展开更多
关键词 静电梳齿 横向间隙 边缘效应
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用于硅基氮化镓可调微镜的静电梳齿型微驱动器设计
7
作者 刘昕 王永进 胡芳仁 《传感器与微系统》 CSCD 2017年第1期95-97,104,共4页
提出并设计了一种用于硅基氮化镓(Ga N)可调微镜的静电梳齿型微驱动器。利用有限元软件建立了该器件的几何结构模型,对器件的结构进行了仿真优化。此外,采用微机电系统(MEMS)加工工艺,制作出了用于硅基氮化镓可调微镜的梳齿型微驱动器,... 提出并设计了一种用于硅基氮化镓(Ga N)可调微镜的静电梳齿型微驱动器。利用有限元软件建立了该器件的几何结构模型,对器件的结构进行了仿真优化。此外,采用微机电系统(MEMS)加工工艺,制作出了用于硅基氮化镓可调微镜的梳齿型微驱动器,并对其驱动特性进行测试。测试结果表明:所制作的微驱动器的位移随着电压的变化呈二次方关系,与仿真结果基本一致。当加载驱动电压为200 V时,微驱动器的驱动位移可达到1.08μm。 展开更多
关键词 微驱动器 静电梳齿结构 氮化镓材料 可调微镜
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静电梳齿驱动器静电-结构耦合的仿真分析 被引量:1
8
作者 李燕斌 邵可然 +1 位作者 雷刚 张爱军 《华中科技大学学报(自然科学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2009年第2期96-99,共4页
采用降阶建模为静电梳齿驱动执行器开发了一个二维有限元模型,将梳齿驱动器简化为一组等价的集总参数单元,各单元均体现了对应器件的静动态特性和输入输出特性,降阶得到的模型降低了计算的复杂程度,提高了计算的速度.对采用降阶模型法... 采用降阶建模为静电梳齿驱动执行器开发了一个二维有限元模型,将梳齿驱动器简化为一组等价的集总参数单元,各单元均体现了对应器件的静动态特性和输入输出特性,降阶得到的模型降低了计算的复杂程度,提高了计算的速度.对采用降阶模型法所建立的模型仿真,得出梳齿驱动执行器的驱动位移、静电力与结构参数和所施加电压关系的仿真结果.该方法能以较快的速度求解静电-结构耦合问题,所得结果与有限元解相比较,最大位移误差小于5%. 展开更多
关键词 静电梳齿驱动器 耦合场 降阶建模 能量转换器 仿真
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硅微机械梳齿静电谐振器的建模与分析 被引量:9
9
作者 李宏生 《压电与声光》 CSCD 北大核心 2002年第5期421-424,共4页
基于参数化的计算机辅助设计 (CAD)软件 ,对硅微机械梳齿静电谐振器进行了实体建模 ,以有限元分析软件为工具 ,进行了谐振器的模态分析、静态分析和谐响应分析 ,初步揭示了谐振器的静、动态特性 ,有助于改善设计效率和质量 ,展示了计算... 基于参数化的计算机辅助设计 (CAD)软件 ,对硅微机械梳齿静电谐振器进行了实体建模 ,以有限元分析软件为工具 ,进行了谐振器的模态分析、静态分析和谐响应分析 ,初步揭示了谐振器的静、动态特性 ,有助于改善设计效率和质量 ,展示了计算机辅助工程 (CAE)技术在微机电系统 (MEMS)研究中的重要作用。 展开更多
关键词 微机械 齿静电谐振器 建模 分析 计算机辅助工程 CAE
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硅微陀螺梳齿驱动的面内失准分析 被引量:1
10
作者 刘梅 周百令 《中国惯性技术学报》 EI CSCD 2006年第2期73-77,共5页
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... 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。 展开更多
关键词 静电梳齿微驱动器 面内失准 临界电压 能量法 虚功原理
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基于硅塑性变形的蛇形梁垂直梳齿驱动器 被引量:2
11
作者 肖育华 宋朝辉 +1 位作者 戈肖鸿 车录锋 《传感器与微系统》 CSCD 北大核心 2011年第3期141-144,共4页
设计了基于硅塑性变形的垂直梳齿驱动器,中央可动微镜由四组蛇形曲折梁支撑。驱动器的制作采用硅—硅键合技术,首先利用DRIE干法刻蚀技术释放可动梳齿与固定梳齿,然后通过各向异性湿法腐蚀制作的施压凸台实现可动梳齿和固定梳齿的精确... 设计了基于硅塑性变形的垂直梳齿驱动器,中央可动微镜由四组蛇形曲折梁支撑。驱动器的制作采用硅—硅键合技术,首先利用DRIE干法刻蚀技术释放可动梳齿与固定梳齿,然后通过各向异性湿法腐蚀制作的施压凸台实现可动梳齿和固定梳齿的精确自对准,最后利用硅塑性变形使可动梳齿和固定梳齿在垂直方向上产生位错,成功制作出在Z方向依靠位错梳齿实现垂直驱动的蛇形梁静电梳齿驱动器。 展开更多
关键词 蛇形曲折梁 塑性变形 垂直驱动 静电梳齿驱动器
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基于MEMS的微位移传感器及其应用研究 被引量:9
12
作者 孙凤鸣 傅星 +2 位作者 朱振宇 高赛 张超 《传感技术学报》 CAS CSCD 北大核心 2013年第2期293-296,共4页
对一种基于MEMS技术的探针进行开发,以实现微纳米尺度下的几何量测量。该探针是静电梳齿型结构,含有定齿和连接有主梁的动齿。主梁顶端的探针能够感知样品表面形貌而引起梳齿间位移,梳齿间位移能够带来梳齿间电容的变化。设计了测头的... 对一种基于MEMS技术的探针进行开发,以实现微纳米尺度下的几何量测量。该探针是静电梳齿型结构,含有定齿和连接有主梁的动齿。主梁顶端的探针能够感知样品表面形貌而引起梳齿间位移,梳齿间位移能够带来梳齿间电容的变化。设计了测头的电容信号检测电路。搭建测试系统,利用该系统进行进针实验,标定测头的灵敏度为0.43 mV/nm,实验表明测头的非线性误差小于0.22%。利用该测头作为SPM测头,搭建小型SPM系统,对108 nm台阶高度的光栅结构进行了扫描。 展开更多
关键词 MEMS位移传感器 静电梳齿结构 微扫描探针测头 SPM应用
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复合式MEMS微夹持器的研制 被引量:10
13
作者 陈立国 刘柏旭 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2009年第8期1928-1934,共7页
为实现对亚毫米微小构件稳定夹取及可靠释放等操作,研制了一种复合式微夹持器。采用有限元软件分析了微夹持器的机构及动力特性。应用MEMS体硅工艺将静电梳齿驱动与气动吸放集成构成复合式驱动,气动吸放的引入改善了微夹持器的操作性能,... 为实现对亚毫米微小构件稳定夹取及可靠释放等操作,研制了一种复合式微夹持器。采用有限元软件分析了微夹持器的机构及动力特性。应用MEMS体硅工艺将静电梳齿驱动与气动吸放集成构成复合式驱动,气动吸放的引入改善了微夹持器的操作性能,S形柔性梁结构的设计将梳齿驱动的直线运动转化成末端夹爪的转动实现了夹持操作。两种不同尺寸的微夹持器,有效扩展了微夹持器的夹持范围。根据微夹持器的操作控制需求,设计了微夹持器静电驱动控制系统以及气压控制系统。在80V的驱动电压下,微夹持器末端夹爪位移可达25μm。针对100~200μm的小球进行了微操作实验,实验结果表明,静电梳齿驱动结合真空吸附能够使夹取操作更加稳定,基于闭环控制的气路正压力能有效克服小球与夹爪之间的粘附力,实现可靠的释放操作。微夹持器基本满足100~200μm微小构件的操作需求。 展开更多
关键词 微机电系统 微操作 微夹持器 静电梳齿驱动 气动吸放
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谐振式微加速度计驱动和检测结构设计及制作 被引量:1
14
作者 何高法 唐一科 +2 位作者 周传德 何晓平 吴英 《重庆大学学报(自然科学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2009年第9期997-1001,共5页
基于谐振式加速度计的工作原理和结构特点,设计了一种新型微加速度计谐振器,用解析法和有限元法计算了谐振器的横向驱动力以及其处于谐振状态时的检测电容值。综合粘性阻尼、运动阻尼和气膜阻尼,分析了谐振器在大气环境下的阻尼和品质... 基于谐振式加速度计的工作原理和结构特点,设计了一种新型微加速度计谐振器,用解析法和有限元法计算了谐振器的横向驱动力以及其处于谐振状态时的检测电容值。综合粘性阻尼、运动阻尼和气膜阻尼,分析了谐振器在大气环境下的阻尼和品质因子。应用MEMS(microelectromechanical system)工艺,完成了微加速度计谐振器的制作。测试结果表明:谐振器性能良好,谐振频率为54523.5 Hz,与设计的理论值误差约为13.6%。 展开更多
关键词 微机电系统 加速度计 谐振器 静电梳齿
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MEMS光开关阵列的设计与应用 被引量:1
15
作者 赵磊 王小齐 +3 位作者 李晶娣 赵振海 柳华勃 马优恒 《应用光学》 CAS CSCD 北大核心 2016年第3期452-455,共4页
针对如何缩短防空导弹系统反应时间的问题,设计了一种MEMS(micro electro mechanical system,微机电系统)光开关阵列,用于控制防空导弹系统各分系统模块之间的信号传输。该光开关阵列由8组双层静电梳齿结构的光开关组成,每组光开关均控... 针对如何缩短防空导弹系统反应时间的问题,设计了一种MEMS(micro electro mechanical system,微机电系统)光开关阵列,用于控制防空导弹系统各分系统模块之间的信号传输。该光开关阵列由8组双层静电梳齿结构的光开关组成,每组光开关均控制一个防空导弹系统子模块的通断。根据拉格朗日-麦克斯韦方程,建立系统的机电动力学模型,确定质量、弹性系数、电容、气膜阻尼等主要参数。仿真结果表明:MEMS光开关的响应时间为0.627ms,稳态位移为4.724μm,最大位移为6.801μm,将相同阶段的反应时间缩短为原先的1/4。由此可以得出结论:MEMS光开关阵列不仅缩短了防空导弹系统的反应时间,而且保证了系统的稳定性。 展开更多
关键词 防空导弹系统 反应时间 MEMS光开关阵列 双层静电梳齿结构 气膜阻尼
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基于微机电系统的纳米力学测量装置的研制 被引量:1
16
作者 张志凯 滑晓欣 +1 位作者 高赛 Konrad Herrmann 《计量学报》 CSCD 北大核心 2012年第4期303-307,共5页
阐述了一种基于微机电系统的纳米力学测量方法和系统。开发了一种多功能的纳牛力致动器,可同时满足微拉伸测试系统、原子力显微镜等系统的需要,该致动器基于微机电系统,以静电侧向梳齿为基本结构,采用变间隙设计结构,实现小芯片尺... 阐述了一种基于微机电系统的纳米力学测量方法和系统。开发了一种多功能的纳牛力致动器,可同时满足微拉伸测试系统、原子力显微镜等系统的需要,该致动器基于微机电系统,以静电侧向梳齿为基本结构,采用变间隙设计结构,实现小芯片尺寸、低压驱动、高分辨率(nN量级)和大输出力(大于1mN),并介绍了该测试系统的原理、结构、微机电系统的安装以及一些相关实验结果。 展开更多
关键词 计量学 微机电系统 纳牛力致动器 微牛/纳牛拉伸测试 原子力显微镜 静电侧向齿
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A Silicon Integrated Micro Positioning xy-Stage for Nano-Manipulation
17
作者 王家畴 荣伟彬 +1 位作者 孙立宁 李欣昕 《Journal of Semiconductors》 EI CAS CSCD 北大核心 2008年第10期1932-1938,共7页
An integrated micro positioning xy-stage with a 2mm × 2mm-area shuttle is fabricated for application in nano- meter-scale operation and nanometric positioning precision. It is mainly composed of a silicon-based x... An integrated micro positioning xy-stage with a 2mm × 2mm-area shuttle is fabricated for application in nano- meter-scale operation and nanometric positioning precision. It is mainly composed of a silicon-based xy-stage,electrostatics comb actuator,and a displacement sensor based on a vertical sidewall surface piezoresistor. They are all in a monolithic chip and developed using double-sided bulk-micromachining technology. The high-aspect-ratio comb-driven xy-stage is achieved by deep reactive ion etching (DRIE) in both sides of the wafer. The detecting piezoresistor is located at the vertical sidewall surface of the detecting beam to improve the sensitivity and displacement resolution of the piezoresistive sensors using the DRIE technology combined with the ion implantation technology. The experimental results verify the integrated micro positioning xy-stage design including the micro xy-stage, electrostatics comb actuator,and the vertical sidewall surface piezoresistor technique. The sensitivity of the fabricated piezoresistive sensors is better than 1.17mV/μm without amplification and the linearity is better than 0. 814%. Under 30V driving voltage, a ± 10vm single-axis displacement is measured without crosstalk and the resonant frequency is measured at 983Hz in air. 展开更多
关键词 MEMS integrated micro xy-stage electrostatics comb actuator vertical sidewall surface piezoresistor inplane
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