穿孔板静电微执行器的Pull-in现象研究

发布时间：2017-06-11 11:09

  本文关键词：穿孔板静电微执行器的Pull-in现象研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：微执行器作为微机械系统的核心部分，它可用于提供微机械系统所需动力，也可成为微机械系统的操作和执行单元。其中，静电微执行器是微执行器最常见、最广泛使用的一种。在微器件尺寸下，阻尼效应非常明显，器件尺寸越小，阻尼效应越大，这个特点严重影响了微器件的工作效率。当然我们可以设计真空封装工艺，但由于微器件应用广泛，在很多环境下直接与外界相互作用，针对这种情况，提出了穿孔板的设计概念。穿孔板可以有效地减小阻尼效应，因此，在现有大量平行板Pull-in现象研究成果的基础上，，研究穿孔板的Pull-in参数是非常必要的。 本文首先介绍了微机电系统相关研究发展背景和静电微执行器平板式模型的Pull-in失稳现象。在平板式模型现有理论基础上，研究穿孔板式模型。本文分别通过力法和能量法推导出忽略边缘效应的穿孔板模型在静电场力作用下的Pull-in模型参数，然后以能量法推导出考虑边缘效应的简化漏电容模型、详细漏电容模型的静态Pull-in方程。利用MATLAB软件和ANSYS有限元仿真，对三种模型的Pull-in失稳参数进行数据对比，得到相对精确的静态Pull-in参数模型。同时，在阶跃信号和调制信号的作用下，分析了三种模型的穿孔板动态Pull-in现象，推导出对应的动态Pull-in参数方程，并同样利用MATLAB软件和ANSYS仿真，着重分析了阶跃信号下的Pull-in参数的情况，包括器件尺寸影响，阻尼系数影响等。由此，可以得到穿孔板静电微执行器在三种模型下的合理使用范围。
【关键词】：微机械系统 静电微执行器 穿孔板微执行器 静态Pull-in现象 动态Pull-in现象
【学位授予单位】：南京邮电大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TP215;TH-39
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 第一章 绪论8-13
• 1.1 MEMS 概述8-10
• 1.1.1 MEMS 简述8-9
• 1.1.2 MEMS 发展9-10
• 1.2 微执行器简介10-11
• 1.3 与本课题相关的研究进展11-12
• 1.4 本论文主要内容及创新点12-13
• 第二章 Pull-in 现象13-16
• 2.1 Pull-in 现象简述13-14
• 2.2 Pull-in 参数14-16
• 第三章 穿孔板式静电微执行器静态 Pull-in 现象16-33
• 3.1 忽略边缘效应的穿孔板模型静态分析16-20
• 3.1.1 力法求解16-19
• 3.1.2 能量法求解19-20
• 3.2 考虑边缘效应的穿孔板模型的静态分析20-25
• 3.2.1 简化漏电容模型的静态 Pull-in 分析20-22
• 3.2.2 详细漏电容模型的静态 Pull-in 分析22-25
• 3.3 穿孔板尺寸对静态 Pull-in 参数的影响25-32
• 3.3.1 ANSYS 静态仿真25-29
• 3.3.2 穿孔比对 Pull-in 参数的影响29-31
• 3.3.3 孔边长与穿孔板边长之比对 Pull-in 参数的影响31-32
• 3.4 本章小结32-33
• 第四章 阶跃信号下穿孔板静电微执行器动态 Pull-in 分析33-54
• 4.1 无阻尼阶跃信号下的动态 Pull-in 现象分析33-40
• 4.1.1 忽略边缘效应模型的 Pull-in 分析35-38
• 4.1.2 简化漏电容模型的 Pull-in 分析38-39
• 4.1.3 详细漏电容模型的 Pull-in 分析39-40
• 4.2 穿孔板尺寸对动态 Pull-in 参数的影响40-44
• 4.2.1 穿孔比对 Pull-in 参数的影响41-42
• 4.2.2 孔边长与穿孔板边长之比对 Pull-in 参数的影响42-44
• 4.3 考虑阻尼阶跃信号下的动态 Pull-in 现象44-49
• 4.4 阶跃信号下 ANSYS 动态仿真49-51
• 4.5 阻尼对各种模型的 Pull-in 参数影响51-53
• 4.6 本章小结53-54
• 第五章 调制信号下穿孔板静电微执行器动态 Pull-in 分析54-62
• 5.1 忽略边缘效应模型的 Pull-in 分析57-59
• 5.2 简化漏电容模型的 Pull-in 分析59-60
• 5.3 详细漏电容模型的 Pull-in 分析60-61
• 5.4 本章小结61-62
• 第六章 总结与展望62-64
• 6.1 工作总结62-63
• 6.2 工作展望63-64
• 参考文献64-67
• 附录 1 攻读硕士学位期间撰写的论文67-68
• 附录 2 攻读硕士学位期间参加的科研项目68-69
• 致谢69

【相似文献】

中国硕士学位论文全文数据库 前3条

1 徐琳;静电微执行器的Pull-in特性分析[D];南京邮电大学;2012年

2 郄军建;考虑漏磁效应的扭转式磁微执行器Pull-in参数研究[D];南京邮电大学;2012年

3 付文文;穿孔板静电微执行器的Pull-in现象研究[D];南京邮电大学;2014年

  本文关键词：穿孔板静电微执行器的Pull-in现象研究，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：441472