MEMS微传感器的工作原理(2).pptx

微传感器的工作原理(2)微执行器的概念MEMS微执行器原理框图微执行器:基于MEMS工艺的,能把电信号(电能)转换为机械能等其它形式能量输出的器件,通常由致动元件和传输元件组成。自1982年静电微马达的研制成功至今,对微执行器的研究工作正在深入。设计执行器的要求是在动力源的驱动下能够完成需要的动作。因而,在涉及到运动的微型系统中执行器十分重要。微执行器的概念微机械执行器是组成微机电系统的要素之一。如,力学执行器是将电能或其它能量转换为机械能。理想的执行器应该是使用很少的能源,具有很高的机械效率,对机械状态和环境条件适应性强,需要时能产生高速运动,具有高的能量-质量比,在控制信号与力、扭矩和速度之间呈线性比例关系。微执行器的概念与传统执动器相比,微执动器的特点有微系统加速快、速度高;仅需极小的驱动力;随元器件尺寸的微型化、热膨胀、振动等环境干扰因素小。微执行器的概念微执行器的特点微致动器的分类按致动原理分静电式微执行器压电式微执行器热力微执行器电磁式微执行器形状记忆合金微执行器微执行器的致动方式静电执行器的基本工作原理:两个带异性电荷的电极板之间具有吸引力。从库仑定律平板电容器极板间作用力(1)静电式微执行器主要优点1、结构简单:敏感与执行的原理相对简单,容易实现,仅需两个导电表面即可,无需专门的功能材料;2、功耗低:静电执行依赖于电压差而非电流,低频时有很高的能效,静态时由于不存在电流这一优点尤其明显;3、响应快:转换速度由充放电时间常数决定,对于良导体这一时间常数很小,所以可以获得很高的动态响应速度。偏压作用下静电执行器的平衡位置施加电压载荷会产生静电力Felectric,可动极板在起始位置时的静电力Felectric大小为:静电力使得间隙有减小的趋势。从而引起位移和机械回复力。在静态平衡下,机械回复力与静电力的大小相等,方向相反。下图中的两条曲线,分别代表机械回复力与静电力随电极位置的变化。对于恒定的偏置电压U,机械回复力(Fmechanical)随着极板位置线性变化,静电力(Felectric)随着极板位置非线性变化。