MEMS扭转微镜温度效应的仿真分析

发布时间：2017-08-09 15:21

  本文关键词：MEMS扭转微镜温度效应的仿真分析

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【摘要】：MEMS扭转微镜是随着MEMS技术发展起来的一种微型光学器件，在现代光学通讯、投影显示、光谱仪等方面有着广泛的应用。在实际应用过程中，微镜的静态和动态特性，一般会受到环境温度的影响。本文基于不同的扭转微镜的静力学、动力学模型，在微镜特性如何受温度影响的方面，开展了如下研究工作： 1）在MEMS扭转微镜的静态特性方面：从静电力驱动的扭转微镜静态特性力学解析模型出发，通过数值仿真，分析了不同材料、不同尺寸的扭转微镜静态特性受温度的不同影响；并采用对比扭转微镜的静电力矩与机械回复力矩随角度的变化规律的方法，对扭转微镜在保持尺寸参数的前提下，串联电容后，其吸合角的变化规律进行了数值仿真和解析分析。 2）在MEMS扭转微镜的动态特性方面：在扭转微镜动态特性的扭转-弯曲模型的基础上，深入分析了微镜材料的杨氏模量、剪切模量、以及空气压膜阻尼系数受温度的影响，并通过数值仿真方法，对扭转微镜的动态特性受温度的影响规律进行了分析；另外，通过仿真计算发现，，采用参考模型自适应控制后，可以提高微镜动态特性的鲁棒性，降低了其对温度的敏感程度。 本文的研究结论对MEMS扭转微镜的应用，尤其是如何在实际应用过程中降低MEMS扭转微镜受温度的影响方面，提供了有益的理论分析和指导。
【关键词】：MEMS扭转微镜 静态特性 动态特性 温度效应 模型参考自适应控制
【学位授予单位】：江西理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TH-39;TH74
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-6
• 目录6-8
• 第一章 前言8-13
• 1.1 MEMS 扭转微镜的研究背景8
• 1.2 MEMS 扭转微镜的国内外研究现状8-11
• 1.3 研究意义11
• 1.4 研究内容与章节安排11-13
• 第二章 MEMS 扭转微镜的静态特性13-27
• 2.1 引言13
• 2.2 静态模型描述13-15
• 2.2.1 不考虑温度效应的微镜模型及静态特性13-14
• 2.2.2 考虑温度效应的微镜模型及静态特性14-15
• 2.3 仿真与结果分析15-20
• 2.3.1 静态特性曲线的温度效应16-17
• 2.3.2 吸合角与释放角的温度效应17-18
• 2.3.3 典型电压值的增量百分比随温度变化18-20
• 2.4 静态特性吸合角的修正20-25
• 2.4.1 扭转微镜的静力学模型与吸合角21-22
• 2.4.2 串联恒定电容时微镜的力学模型与吸合角22-24
• 2.4.3 串联不同电容时微镜的吸合角24-25
• 2.5 小结25-27
• 第三章 MEMS 扭转微镜的动态特性27-44
• 3.1 引言27
• 3.2 MEMS 扭转微镜的动力学模型27-29
• 3.3 温度对动力学模型的影响29-31
• 3.3.1 微镜运动过程中压膜阻尼系数随温度变化规律30
• 3.3.2 微镜动力学模型受温度影响30-31
• 3.4 微镜动态特性受温度效应的仿真与分析31-43
• 3.4.1 无阻尼扭转微镜系统的动态响应31-37
• 3.4.2 有阻尼扭转微镜系统的动态响应37-43
• 3.5 小结43-44
• 第四章 MEMS 扭转微镜动态特性的控制校正44-56
• 4.1 引言44
• 4.2 MEMS 扭转微镜运动特性受温度的影响44-46
• 4.2.1 扭转微镜运动受温度影响的简化模型44-45
• 4.2.2 扭转微镜运动特性受温度的影响45-46
• 4.3 模型参考自适应控制理论46-51
• 4.3.1 自适应控制简介46-47
• 4.3.2 模型参考自适应控制原理47
• 4.3.3 模型参考自适应控制系统设计方法47-51
• 4.4 引入模型参考自适应控制的微镜运动系统51-52
• 4.4.1 微镜运动模型的线性化51-52
• 4.4.2 扭转微镜自适应控制中参考模型的建立52
• 4.5 参考模型自适应控制对扭转微镜动态特性的校正52-55
• 4.6 小结55-56
• 第五章 总结与展望56-58
• 5.1 工作总结56
• 5.2 展望56-58
• 参考文献58-63
• 附录63-66
• 致谢66-67
• 攻读学位期间的研究成果67-68

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前3条

1 周镇威;杨卓青;蔡豪刚;丁桂甫;;带有凸条平板的MEMS结构压膜阻尼效应分析[J];传感技术学报;2010年05期

2 王振霖;陈学康;曹生珠;;大角度扭转微镜的静态特性分析[J];科学技术与工程;2008年16期

3 杨梅;韩翔;林川力;陈兢;;一种高制动效率大角度硅扭转微镜MEMS光开关的设计[J];纳米技术与精密工程;2006年04期

本文编号：645963