悬臂梁式微开关的动态分析研究（可复制论文）.pdf

摘要静电力作为微电子机械系统中一种重要的驱动力,广泛应用于微镜、微钳、微开关等微器件中。尽管部分静电驱动产品已经从实验室走向商业化,但相关设计理论和设计工具尚不能满足设计需要,实际设计中仍然以反复试验方法为主,导致设计效率低,制约了产品的研发速度和产业化水平。本文以电磁学、结构动力学、有限元方法等为理论基础,用计算机仿真作为辅助工具,对静电驱动悬臂梁式微开关进行动态特性分析及有限元仿真,研究微开关在静电力作用下的动态响应和吸合现象,为微开关的设计和优化提供参考。论文中针对静电驱动悬臂梁式微开关的集中参数模型和分布参数模型,分别给出了求解相应动力学方程的数值方法,并利用实现系统动态阶跃响应的数值仿真。利用砑扑懔宋⒖9氐木蔡灰铺匦院凸逃姓动特性。通过D猓芯苛司驳缌ψ饔孟挛⒖9氐亩煊μ匦裕员攘硕和静态两种临界电压,分析了微开关动态特性和静态特性的不同,以及动态吸合电压和吸合时间的关系,讨论了微开关结构参数的选择对其性能的影响。分析表明,动态响应周期随驱动电压的增大而增大;动态临界电压小于静态临界电压:动态吸合电压并不是唯一的,随着动态吸合电压的增大,吸合时间逐渐变小;由于空气阻尼的存在和静电力的非线性,系统的振动频率相对于其固有频率向下发生漂移。关键词:微开关,耦合分析,动态特性,吸合现象,临界电压中国民航人学硕:学位论文
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第一章绪论微电子机械系统概述怨栉V饕2牧希档缙餍阅苡帕迹汗璧那慷取⒂捕群脱钍夏A坑胩嗟保可河霉栉⒓庸すひ赵谝黄杵峡赏敝圃斐砂偕锨Ц鑫⑿突缱集成于一体,或形成微传感器阵列、微执行器阵列,甚至把多种功能的器件集成在一起,嘌Э平徊妫篗婕暗缱印⒒怠⒉牧稀⒅圃臁⑿畔⒂胱远刂啤⑽锢怼化学和生物等多种学科,并集约了当今科学技术发展的许多尖端成果。开辟一个新技术领域和产业。可以完成大尺寸机电系统所不能完成的任务,也可当尺寸缩小到一定范围时,许多物理现象将与宏观世界有很大差别,一些常规理论将作修正。目前,的研究主要还是依赖经验和反复试探,完整的微观尺度下的理论体系尚未建立,这已经严重地阻碍了技术的进一步发展。因此,微观尺度下的基础性理论研究显得尤为重要。尺度效应研究已有较长的时间。力的尺度效应和表面效应说明,在宏观领域作用微方成比例的惯性力、电磁力等的作用相对减小,而与尺寸的低次方成比例的粘性力、弹.⒌缱踊迪低臣蚪微电子机械系统甅琈是指可批量制作的,集微型机构、微型传感器、微型执行器以及信号处理和控制电路,直至接口、通信和电源等于一体的微型器件或系统。其外形尺寸在毫米量级,组成元器件尺寸在纳米、微米量级。是随着半导体集成电路微细加工技术和超精密机械加工技术的发展而发展起来的。的特点有:⑿突篗骷寤⒅亓壳帷⒑哪艿汀⒐咝孕⑿痴衿德矢摺⑾煊时间短。密度类似铝,热传导率接近钼和钨。置或完整的。批量生产可大大降低生产成本。苫嚎梢园巡煌δ堋⒉煌舾蟹较蚧蛑露较虻亩喔龃ǜ衅骰蛑葱衅形成复杂的微系统。微传感器、微执行器和微电子器件的集成可制造出可靠性、稳定性很高的。发展的目标在于,通过微型化、集成化来探索新原理、新功能的元件和系统,嵌入大尺寸系统中,把自动化、智能化和可靠性水平提高到一个新的水平。二十一世纪将逐步从实验室走向实用化,对工农业、信息、环境、生物工程、医疗、空间技术、国防和科学发展产生重大影响。.隡际跸喙氐幕⊙芯叨刃в捅砻嫘в小的力和现象,在微观领域可能起着重要的作用。在微小尺寸领域,与特征尺寸的高次中国民航大学硕学位论文
增大,表面力学、表面物理效应将起主导作用。尺度效应的研究将有助于的创微流体现象与宏观规律有相当的差别,有的规律需要进行较大的补充和修正。例如:再是常数,而随尺度减小而降低;微细管道固液界面的微观物理化学特性所产生的化学微观领域中的力学和热力学问题的基础研究可分为两大类,一当物体尺度缩小至与二类情况,其具体特点有:材料的失效模式,不仅与材料的本征关系有关,而且与材料的微结构有关,从而传热效率很高;界面、表面特征更加显著。与表面力学、表面物理效应研究、微磨损和微观表面改性研究。.嘏叩湫推骷拖低开创了的先河。现在己经形成产品和正在研究中的微型传感器有:压力、力、力矩、加速度、速度、位置、流量、电量、磁场、温度、气体成分、湿度、值、离子浓度和生物浓度、微陀螺、触觉传感器等等。微型传感器正朝着集成化和智能化的方国外某公司大批量生产的硅微加速度计。中间是传感的机械部分,四周为包括电信采用硅平面微细加工工艺制作,一块直径的硅片上可做出几百只微加速度计。己性力、表面张力、静电力等的作用相对增大;随着尺寸的减小,表面积与体积之比相对新。⒘魈辶ρ微细通道内的流动是否还符合匠蹋晃⑿∽爸弥辛魈迩瓶捎帽砻嬲力和粘性力,其阻力特性也有所不同、微小装置中流体的相变