資源描述:
《串聯(lián)電容對(duì)MEMS扭轉(zhuǎn)微鏡吸合角的影響.pdf》由會(huì)員上傳分享,免費(fèi)在線閱讀,更多相關(guān)內(nèi)容在行業(yè)資料-天天文庫。
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,