引信用MEMS微驱动器的设计与仿真分析

发布时间：2017-10-26 11:16

  本文关键词：引信用MEMS微驱动器的设计与仿真分析

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【摘要】：MEMS驱动器是一种换能元件,能够将其他形式的能转化成机械能,具有体积小、质量轻、结构简单等优点,适合在引信中应用。本文介绍了一种以双金属膜受热膨胀原理为基础、应用在引信安全系统中的面外电热驱动器。能够实现驱动电压低、驱动位移大、抗过载。采用聚合物SU-8和镍材料作为驱动器的主体材料,给电阻丝通电使其发热,驱动器发生垂直于轴线的面外运动,使偏置层与基座接触,完成信号的输出。文中着重介绍了双金属膜的基本原理,以及驱动器的工作环境,对电热场、阻尼场、加速度场进行分析,得出驱动电压和加速度存在一定对应关系;对设计的模型进行工艺流程模拟;理论分析尺寸对性能的影响,确定出影响性能的主要因素:驱动器的长度为780μm、SU-8层厚度为10μm、镍层厚度为5μm。利用Coventor Ware软件建立模型,并对器件的性能进行仿真与分析。分别对驱动器进行电热分析、热传导分析、热对流分析、阻尼分析、模态分析、抗过载分析以及机械—电—热耦合分析,最后在不同场源下分别对驱动器进行应力校核,验证驱动器满足强度要求。通过分析确定驱动器在2ms内,0.5V电压作用下,能产生18μm的位移,温度由293K升高到440K;能够抵抗10000g的加速度冲击;在耦合场分析中找出了驱动电压和加速度的几组对应关系,得出驱动器实际工作电压在0.4V以内。加速度和热应力共同作用在驱动器上,缩短了响应时间,便于在引信中应用,实现了低电压、大位移、高过载的要求。最后验证驱动器所受最大应力小于镍的许用应力,驱动器有较高的可靠性。
【关键词】：双金属膜 电热微驱动器 热膨胀 CoventorWare
【学位授予单位】：沈阳理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TH703
【目录】：

• 摘要6-7
• Abstract7-11
• 第1章 绪论11-25
• 1.1 微机电系统（MEMS）概述11-17
• 1.1.1 微机电系统的基本特点12-13
• 1.1.2 微机电系统的加工材料和加工技术13-15
• 1.1.3 微机电系统的应用15-17
• 1.2 MEMS微驱动器研究现状17-23
• 1.2.1 静电微驱动器18-19
• 1.2.2 压电驱动器19-20
• 1.2.3 电磁驱动器20-21
• 1.2.4 电热驱动器21-23
• 1.3 论文研究的目的和意义23-24
• 1.4 论文研究的主要内容24-25
• 第2章 MEMS电热驱动器的工作原理和耦合场分析25-41
• 2.1 双层膜工作原理25-29
• 2.2 电热驱动器的结构和工作原理29-30
• 2.3 材料的选择30-32
• 2.4 耦合场分析32-40
• 2.4.1 热物理场分析32-34
• 2.4.2 加速度场分析34-36
• 2.4.3 阻尼分析36-40
• 2.5 本章小结40-41
• 第3章 MEMS电热驱动器的结构设计41-54
• 3.1 驱动器模型的建立41-45
• 3.1.1 模型建立的工艺步骤41-42
• 3.1.2 驱动器的系统级模型42-43
• 3.1.3 模型的二维版图及FEM模型43-45
• 3.2 驱动器的工艺流程模拟45-47
• 3.3 尺寸变化对性能的影响47-51
• 3.4 尺寸设计51-53
• 3.5 本章小结53-54
• 第4章 电热驱动器的仿真与分析54-75
• 4.1 CoventorWare仿真软件的介绍54-57
• 4.2 电热分析57-59
• 4.3 热传递分析59-63
• 4.3.1 热传导分析60-61
• 4.3.2 热对流分析61-63
• 4.4 阻尼分析63-65
• 4.5 模态分析65-67
• 4.6 抗过载分析67-68
• 4.7 机械—电—热耦合分析68-74
• 4.8 本章小结74-75
• 结论75-78
• 研究工作总结75-76
• 未来工作展望76-78
• 参考文献78-82
• 攻读硕士学位期间发表的论文和获得的科研成果82-83
• 致谢83-84

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前8条

1 刘景全,蔡炳初,陈迪,朱军,赵小林,杨春生;SU-8胶及其在MEMS中的应用[J];微纳电子技术;2003年Z1期

2 林谢昭;应济;;用于系统级仿真的MEMS器件宏模型研究现状[J];传感器与微系统;2008年04期

3 刘晓斌;微机电系统的进展分析与研究[J];机械研究与应用;2002年01期

4 申坤;;微机电系统技术及其在航天器上的应用展望[J];空间控制技术与应用;2008年01期

5 杨红军,李刚炎;微机电系统的构成及其关键技术[J];机械;2005年01期

6 牛兰杰;施坤林;赵旭;翟蓉;;微机电技术在引信中的应用[J];探测与控制学报;2008年06期

7 张帅,贾育秦;MEMS技术的研究现状和新进展[J];现代制造工程;2005年09期

8 张冬至;胡国清;;微机电系统关键技术及其研究进展[J];压电与声光;2010年03期

中国硕士学位论文全文数据库 前5条

1 吕湘连;面向器件行为的MEMS宏建模方法研究[D];西北工业大学;2005年

2 吕岩;基于PZT压电薄膜的微驱动器研究[D];大连理工大学;2006年

3 曾文光;新型复合结构电热微驱动器[D];上海交通大学;2008年

4 饶青;横向热驱动RF MEMS开关研究[D];电子科技大学;2009年

5 李中翔;压电式MEMS面内横向驱动器的研究[D];北方工业大学;2014年

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本文编号：1098420