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1、2014征儀表技術(shù)與傳感器2014第4期InstrumentTechniqueandSensorNo．4串聯(lián)電容對(duì)MEMS扭轉(zhuǎn)微鏡吸合角的影響羅偉，楊國(guó)珂，葉坤濤(江西理工大學(xué)理學(xué)院，江西贛州341000)摘要：采用對(duì)比扭轉(zhuǎn)微鏡的靜電力矩與機(jī)械回復(fù)力矩隨角度的變化規(guī)律的方法，對(duì)串聯(lián)電容后，扭轉(zhuǎn)微鏡吸合角的變化規(guī)律進(jìn)行了數(shù)值仿真和解析分析。結(jié)果表明：扭轉(zhuǎn)微鏡在保持尺寸參數(shù)的前提下，串聯(lián)電容后，其吸合角增大，系統(tǒng)穩(wěn)定性提高；串聯(lián)的電容值不同，扭轉(zhuǎn)微鏡的吸合角也不同，且隨著串聯(lián)電容值的增大，吸合角逐漸減小。為扭轉(zhuǎn)微鏡在尺寸參數(shù)已經(jīng)固定的情況下，如何擴(kuò)展其偏轉(zhuǎn)角范圍提供了理論指導(dǎo)
2、。關(guān)鍵詞：微機(jī)電；扭轉(zhuǎn)微鏡；電容；吸舍角中圖分類號(hào)：TP21l文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1002—1841(2014)04—0098—04InfluentofSeriesCapacitoronPull·inAngleofMEMSTorsionalMicromirrorLUOWei，YANGGuo—ke，YEKun—tao(JiangxiUniversityofScienceandTechnology，CollegeofScience，Ganzhou341000，China)Abstract：Thepull—inangleofMEMStorsionalmieromirrorw
3、asstudiedthroughamethodofcomparingtheelectrostatictorquevs．tiltangleandmechanicaltorqueVS．tiltangle．Theinfluentofseriescapacitoronpull—inanglewasanalyzednumericallyandan-alytieally，onthepremiseofkeepingthesizeparametersofMEMStorsionalmicromirror．Theresultsshowthattheseriescapacitorexpands
4、thepull—inangleSOastoimprovethestabilityofMEMStorsionalmicromirror，andthepull-inangleincreaseswithseriescapacitances．IthelpsonexpandingtherangeoftiltangleofMEMStorsionalmieromirror．Keywords：MEMS；torsionalmieromirror；capacitor；pull—inangle0引言與偏轉(zhuǎn)角的關(guān)系只與該器件的幾何結(jié)構(gòu)有關(guān)。隨著微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)技術(shù)發(fā)展，靜電力驅(qū)動(dòng)的扭轉(zhuǎn)上述
5、研究都關(guān)注了影響扭轉(zhuǎn)微鏡吸合角的尺寸因素，都發(fā)微鏡逐漸廣泛應(yīng)用于投影顯示、光譜儀J、現(xiàn)代光通信等現(xiàn)如果扭轉(zhuǎn)微鏡的幾何尺寸確定，扭轉(zhuǎn)微鏡的吸合角就確定。方面。從上世紀(jì)八十年代末開始，研究人員開展了對(duì)靜電力驅(qū)而吸合角是扭轉(zhuǎn)微鏡在使用過程中可偏轉(zhuǎn)的最大角度，它確定動(dòng)的扭轉(zhuǎn)微鏡的制作工藝、運(yùn)動(dòng)特性以及應(yīng)用等方面的研究，了扭轉(zhuǎn)微鏡的使用范圍，是扭轉(zhuǎn)微鏡的一個(gè)重要性能指發(fā)現(xiàn)了吸合效應(yīng)，并利用物理模型對(duì)其吸合角進(jìn)行了深入研標(biāo)。目前，技術(shù)人員主要是通過改變扭轉(zhuǎn)微鏡的幾何結(jié)構(gòu)究。來調(diào)整這一角度，以滿足實(shí)際需要。對(duì)靜電力驅(qū)動(dòng)的扭轉(zhuǎn)微鏡吸合角的理論分析主要是通過1997年，J．I．Seeger
6、“曾提出通過給平行板靜電驅(qū)動(dòng)器確定極間電場(chǎng)的靜電力矩與機(jī)械回復(fù)力矩之間的平衡關(guān)系來串聯(lián)一個(gè)電容，引入電容負(fù)反饋的方式，來改善平行板靜電驅(qū)進(jìn)行的。其中采用的靜電力矩的計(jì)算方法有2種，一種是動(dòng)器的系統(tǒng)穩(wěn)定性和加大驅(qū)動(dòng)距離，且2000年，E．K．Chan通過力矩的定義用微元法求解。，另一種是采用虛功原理，更深入地研究了串聯(lián)電容對(duì)平行板靜電驅(qū)動(dòng)器的影響。受此通過扭轉(zhuǎn)微鏡的極間靜電能和靜電力矩的關(guān)系來求解。啟發(fā)，該研究對(duì)扭轉(zhuǎn)微鏡在串接電容后，其吸合角的變化進(jìn)行0．Degani在1998年建立了吸合電壓與吸合角計(jì)算的物了仿真分析。并且對(duì)仿真結(jié)果進(jìn)行了理論上的解釋。研究表理模型，發(fā)現(xiàn)吸
7、合角、吸合電壓，與彈簧彈性系數(shù)無關(guān)，只與扭明，引入串接電容后，扭轉(zhuǎn)微鏡的吸合角增大，系統(tǒng)穩(wěn)定性提轉(zhuǎn)微鏡的結(jié)構(gòu)參數(shù)有關(guān)；1999年，G．J．sul6對(duì)不同極板間距的高，擴(kuò)展了固定尺寸扭轉(zhuǎn)微鏡的轉(zhuǎn)角范圍。微鏡，分析了其驅(qū)動(dòng)電壓與偏轉(zhuǎn)角度的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)改變極板間1MEMS扭轉(zhuǎn)微鏡的吸合角距可以改變扭轉(zhuǎn)微鏡的吸合角，結(jié)論與文獻(xiàn)5相符；2001年，x．靜電力驅(qū)動(dòng)的扭轉(zhuǎn)微鏡結(jié)構(gòu)的三維示意圖，如圖1所示。M．Zhang通過求解驅(qū)動(dòng)電壓與偏轉(zhuǎn)角度的關(guān)系式的極值點(diǎn)，扭轉(zhuǎn)微鏡由微鏡面、懸臂梁(扭轉(zhuǎn)梁)和基底構(gòu)成。當(dāng)給扭轉(zhuǎn)微數(shù)值計(jì)算扭轉(zhuǎn)微鏡的吸合角，
