V型电致热微驱动器的力学特性分析

运用能量法推导并建立了一种V型悬臂粱电热微致动器的力学模型。利用该力学模型得到了致动器的力学特性 ,并且与相关的实验结果进行了对比。由理论分析和实验对比发现 ,用于制造该电热微致动器的多晶硅材料在微米级尺度下的热膨胀系数与温度之间不再遵循宏观状态下的线性函数关系     

V型电致热微驱动器的力学特性分析

运用能量法推导并建立了一种V型悬臂粱电热微致动器的力学模型。利用该力学模型得到了致动器的力学特性，并且与相关的实验结果进行了对比。由理论分析和实验对比发现，用于制造该电热微致动器的多晶硅材料在微米级尺度下的热膨胀系数与温度之间不再遵循宏观状态下的线性函数关系。     

基于MEMS工艺的电热致动器研究进展

基于MEMS工艺的电热致动器具有与集成电路兼容的驱动电压、大的致动位移和致动力,比静电致动器、压电致动器和磁致动器有更大的优势,是现阶段致动方式的研究热点.高精度、高可靠度、可控和稳定性好的电热致动器是未来研究的新方向.针对MEMS微加工工艺制作的固体材料电热致动器,综述了电热致动器的结构形式、典型应用、模型建立以及测试方法的研究现状和主要研究成果.对电热致动器的结构设计、建模分析和测试技术方面的关键技术和存在的主要问题进行了分析和展望,以期为基于MEMS工艺的电热致动器的设计、分析和测试提供借鉴和参考.     

多层微悬臂梁压电薄膜致动器的静态分析

考虑缓冲层和电极层,建立了一个多层微悬臂梁压电薄膜致动器的静态模型来评估微悬臂梁的致动器的静态性能。对此模型致动器的自由端挠度和致动力进行模拟,同时将得到的结果与有限元模型结果进行对比验证模型的正确性。对比可知,理论模型与有限元模型相符。这项研究为压电致动器的结构设计和性能改善提供了帮助。     

老年人健康信息管理系统的开发与应用

从电路模型上分析多路复用技术在压电微变形镜控制中的驱动特性,设计了基于双MOSFET开关的驱动电路,并对致动器的电压保持能力和抗干扰能力做了测试.实验和分析表明,一个高压运放驱动25个压电陶瓷(PZT)致动器时,工作频率可达400 Hz,致动器的变形控制精度在2%左右.与传统控制方法相比,该方法具有低功耗、低成本的优点,适用于自适应光学系统中多通道压电微变形镜的控制.     

微小型高压力流体电磁控制阀

用于航空航天领域微流量控制系统中的微小型阀,需要具有耐高压、低泄漏、高频响和高控制精度等综合性能.本文提出了一种可控高压力微流体的常闭微小型阀的设计方案用于满足该系统需要,其特点在于采用以较小的致动力控制较高的流体压力的结构原理,并以弹性材料薄膜作为阀芯的支承结构件同时作为密封件.该阀由其本体结构和外置致动器两部分构成,其本体结构的设计在制作工艺上适合进一步的微小型化,外置致动器的设计具有较大灵活性.初步研制了采用电磁致动的小型常闭阀样机既可控气体又可控液体的特性.实验测试其工作压力范围为 0～5atm,阀的驱动响应时间小于5ms,流量控制分辨率达到 9μL/pulse,无泄露.     

基于双端固定梁与曲面电极的异面微致动器静态特性

为提高在微变形镜应用中静电微致动器的冲程,设计并讨论了一种基于双端固定梁为上电极、曲面电极为下电极的异面微致动器。利用Rayleigh-Ritz方法,求解了致动器的静态特性。计算过程中,考虑了梁长度增大引起的抗拉应力和器件制造过程中残余应力的影响。通过研究不同的曲面电极轮廓形状对于致动器冲程的影响,得到了500 μm长的梁在300 V的驱动电压下其冲程最大能达到14.1 μm。     

星载智能天线结构的机电热耦合优化分析

基于提高星载智能天线电性能和降低作动器能耗的目的,提出了一种以天线增益和作动器能耗为目标函数的结构、电磁、热耦合优化模型,其中约束条件包括杆件结构强度、作动器结构强度和作动器主动行程等,并把太阳热辐射作为初始外载荷.8m天线在六种不同工况下的耦合优化分析结果证明了该机电热耦合优化模型的有效性.     

多重嵌套悬臂梁结构磁致动微机械偏转器

设计并制做了一种新型多重嵌套悬臂梁结构的磁致动微机械偏转器.偏转器由1.2 μm CMOS工艺和各向异性腐蚀工艺制成.致动原理是电流与磁场的相互作用在悬梁上产生罗仑兹力.测量了偏转器的静态和动态特性.测量结果表明,这种微偏转器的特点是可双向偏转且偏转角度大且具有快的时间响应.     

圆窗激振人工中耳压电作动器设计与实验研究

针对现有临床上所用的圆窗激振式人工中耳作动器存在的低频增益不足,与圆窗膜尺寸不匹配及初始压力不可控的问题,结合人耳解剖结构,设计了一款带有弯张放大器的新型压电作动器。为了辅助设计该作动器,建立了作动器有限元模型及作动器-人耳耦合力学模型。基于该模型,对作动器弯张放大器、支撑弹簧、耦合杆端面的关键参数进行了优化分析。通过实验对所设计的压电作动器的频响特性、总谐波失真进行测试。结果表明,所设计的压电作动器工作频带宽,低频性能优越;最大谐波失真仅为2.36%,满足助听装置清晰度要求。     

磁性液体的微致动性能

针对磁性液体在MEMS微致动器中的应用,对磁性液体在磁场中致动力的影响因素进行了理论分析。根据理论分析结果设计了一套磁性液体微致动性能测试实验台,并从磁场强度、磁性液体受力面积和磁性液体质量三个方面对其微致动性能进行实验研究。实验结果表明:磁性液体致动力与磁场强度近似呈线性关系;等量磁性液体作用面积越大,致动力越大;磁性液体致动力随磁性液体质量的增加不断增加,当磁性液体质量达到一定值时,磁性液体致动力大小趋于稳定。     

压电微致动器元件的制作及特性分析

目的是设计和制作一种新型压电微致动器,用于高密度硬盘磁头的精确定位。其中,压电元件由传统的或改进的溶胶-凝胶工艺制备并利用反应离子刻蚀成型,压电层厚度范围为0.6~3μm。采用X-射线衍射和原子力显微镜等对PZT薄膜的物相、表面形貌以及颗粒尺寸等进行分析。结果显示,随着PZT层厚度从0.6~3μm的不断增加,其内部颗粒尺寸也相应增大,粗糙度越低。此外,该微致动器的驱动机理通过多普勒干涉仪进行测量。结果表明,对于封装了3μm厚PZT元件的U型微致动器悬臂装置,在±20 V交变电压作用下,微致动位移达到1.146μm,谐振频率超过22 kHz。     

压电陶瓷致动器自适应逆控制方法的研究

压电陶瓷器件在精密定位和微位移控制中得到了广泛的应用，但是它也存在着迟滞，蠕变和位移非线性等不足，该文将自适应逆控制思想应用于对压电陶瓷致动器的控制，通过对其机电变换特性的分析，用自适应法建立压电陶瓷的迟滞蠕变模型和逆模型，并且在此基础上建立实验系统，对压电陶瓷致动器进行自适应逆控制法的研究，实验数据分析结果表明，该控制方法有良好的学习功能，系统的输出线性误差从28．1％减少到1．56％。     

压电陶瓷作动器的改进Duhem迟滞建模

针对压电陶瓷作动器自身存在的迟滞特性,且在高频信号下迟滞现象更严重的问题,该文提出了一种基于单输入单输出关系建立的改进Duhem模型。根据实验测得压电陶瓷作动器输入输出数据,采用差分进化算法辨识得到作动器的参数化模型,并通过与经典Duhem模型进行对比,验证了该模型的有效性。实验结果表明,与经典Duhem模型相比,改进Duhem模型在输入频率为1 Hz、20 Hz、60 Hz和100 Hz时,相对误差下降了0.012 1~0.031 5,均方根误差下降了0.377 7~1.224 8 μm,证明了该文所提出模型的有效性。     

边缘驱动双腔可变形透镜的设计及制备

针对基于边缘驱动的可变形透镜无法进行球差像差的问题,该文提出了一种边缘驱动双腔可变形透镜结构。上腔体压电圆环32个致动器,校正除球差外的其余低阶像差,主要包括离焦、像散及慧差的校正。下腔体压电圆环1个致动器,通过与上腔致动器的相互作用,实现球差的校正。搭建了可变形透镜性能测试平台并进行了实验。实验结果表明,该可变形透镜能重构前4阶Zernike像差。     

微小型高压力流体电磁控制阀

用于航空航天领域微流量控制系统中的微小型阀 ,需要具有耐高压、低泄漏、高频响和高控制精度等综合性能。本文提出了一种可控高压力微流体的常闭微小型阀的设计方案用于满足该系统需要 ,其特点在于采用以较小的致动力控制较高的流体压力的结构原理 ,并以弹性材料薄膜作为阀芯的支承结构件同时作为密封件。该阀由其本体结构和外置致动器两部分构成 ,其本体结构的设计在制作工艺上适合进一步的微小型化 ,外置致动器的设计具有较大灵活性。初步研制了采用电磁致动的小型常闭阀样机既可控气体又可控液体的特性。实验测试其工作压力范围为 0～5atm ,阀的驱动响应时间小于 5ms,流量控制分辨率达到 9μL/ pulse ,无泄露     

微小型高压力流体电磁控制阀

用于航空航天领域微流量控制系统中的微小型阀,需要具有耐高压、低泄漏、高频响和高控制精度等综合性能。本文提出了一种可控高压力微流体的常闭微小型阀的设计方案用于满足该系统需要,其特点在于采用以较小的致动力控制较高的流体压力的结构原理,并以弹性材料薄膜作为阀芯的支承结构件同时作为密封件。该阀由其本体结构和外置致动器两部分构成,其本体结构的设计在制作工艺上适合进一步的微小型化,外置致动器的设计具有较大灵活性。初步研制了采用电磁致动的小型常闭阀样机既可控气体又可控液体的特性。实验测试其工作压力范围为0～5atm,阀的驱动响应时间小于5ms,流量控制分辨率达到9μL／pulse,无泄露。     

MEMS微致动器的研究

MEMS技术在未来的发展中有着重要的意义。本文介绍了MEMS微致动器和各类驱动模式的优缺点,并以微泵为例,详细比较了致动器的执行机制和原理。     

基于1×2阵列压电悬臂梁的AFM并行扫描

分析了阵列悬臂探针并行扫描的工作方式,以非接触磁力模拟样品与悬臂梁间的范德华力,研究了1×2阵列压电悬臂梁的并行扫描和驱动控制方法。每一压电梁均集成了微位移致动器和力传感器,在320Hz一阶共振频率下振动。实验表明:在0.2～1.0mm力作用区内,压电梁自由端每接近模拟样品0.1mm,表征悬臂梁振幅的锁相放大器输出电压减小1.7mV,但微力传感在扫描的升回程存在迟滞;致动器的控制电压每增加10V使锁相放大器输出减小约3mV,表明集成的致动器可调节压电梁与样品间的间距。两压电梁的电荷-位移响应曲线、间距调节灵敏度均不完全一致,讨论了阵列悬臂梁一致性问题和阵列规模大小问题。     

采用硅钢片导磁框的高速磁致伸缩致动器

高频涡流损耗限制了磁致伸缩致动器的输出速度。该文提出了一种采用硅钢片导磁框的高速磁致伸缩致动器。与整块硅钢结构的导磁框相比,分区绝缘的硅钢片可降低等效电导率,减小导磁元件中的涡流。该设计提高了磁致伸缩棒中的磁场强度,使致动器在高频磁场激励下也能输出较大振幅。在有效值为35 A@2 kHz的正弦波励磁电流下,采用叠片结构导磁框的磁致伸缩致动器输出振幅11.1 μm@4 kHz的振动,比采用整体结构导磁框的致动器输出速度提升了44.2%。这说明将磁路元件分区绝缘有利于提升磁致伸缩致动器的输出速度。