本期摘要

MEMS扭转光开关压模阻尼研究 摘要基于MEMS技术的光开关是光通信领域实现全光交换的核心器件。针对一种常用的静电扭转驱动光开关,基于流体动力学方程．采用格林函数（Green’s function）分析了压膜阻尼系数的解析求解方法．并以流场分析技术进行了气体压强分布仿真．进而求解压膜阻尼．运用解析计算与数值仿真得到的参数进行系统仿真与实验数据比对．证实了建模的准确性。     

带有凸条平板的MEMS结构压膜阻尼效应分析

针对带有凸条平板的MEMS结构压膜阻尼效应,利用基本Reynolds方程和特定的第一类边界条件,给出一种压膜阻尼系数的解析分析方法。在带有凸条平板的MEMS微开关设计与制作的基础上,利用引入该压膜阻尼系数的Simulink模型仿真分析了微开关的动态响应特性,得到的阈值加速度与其落锤测试结果是一致的,从而验证了所提出的带有凸条平板压膜阻尼效应理论分析的正确性。     

微机械轮式角振动陀螺气体阻尼特性研究

轮式角振动陀螺气体阻尼效应是影响其动态特性的主要因素。在充分研究轮式角振动陀螺结构特征的基础上,创建了角振动陀螺驱动模态滑膜阻尼数学解析模型,并给出了改进解析模型。利用有限差分算法求解极坐标系下雷诺方程,建立了敏感模态压膜阻尼简化分析模型。在5 Pa到105 Pa压强范围内,进行了简化分析模型计算,同时对计算结果进行了与ANSYS 仿真结果的比对。理论模型计算与仿真结果表明,敏感模态压膜阻尼是轮式角振动陀螺气体阻尼的主要产生机制。进而,从结构设计和控制电路的角度,给出了减小气体阻尼效应的有效方法。     

关于改善谐振梁加速度计振动特性的方法研究

惯导系统应用环境往往十分恶劣,主要表现为高强度振动、快速温变等。该环境对加速度计的综合测试性能带来较大影响,针对改善振动性能的问题,对谐振梁加速度计力学模型和压膜阻尼模型进行仿真分析,仿真及试验结果表明减小阻尼间隙可增大压膜阻尼,且压膜阻尼是影响振动性能的主要因素,保持敏感质量与上下阻尼板之间阻尼间隙的一致或减小阻尼间隙可提高振动性能,对改善谐振梁加速度计的环境适应性起到了重要作用。     

声表面波加速度计中压膜阻尼技术的研究

分析论证了压膜阻尼应用于声表面波加速度计的可行性。利用机电模拟方法,建立完整的声表面波加速度计等效电路模型。通过对该模型进行计算机仿真分析,总结出各种压膜阻尼参数影响声表面波加速度计性能的规律,从而为声表面波加速度计的设计提供重要的理论依据。     

压膜阻尼在声表面波加速度传感器中的应用

声表面波（SAW）加速度传感器的精度高,具有数字量输出、体积小、功耗低、抗干扰力强、可靠性高等优点,根据SAW加速度传感器工程化的需要,对SAW加速度传感 器中所采用的压膜阻尼进行了理论分析,并采用机电等效模拟技术对微间隙压膜阻尼进行了仿真,取得了较好的效果,这种分析方法同样适用于其他类型的传感器。     

光开关产品市场研究

研究一种基于继电器式透射形机械式光开关,这种光开关除了具备常规机械式结构简单、指标优良等特点外,还具有结构紧凑、便于集成安装的特点。介绍光网络和无源光器件的现状和关键技术,描绘光开关器件使用的背景和环境。描述一些主要光开关器件的技术特点。并重点解析机械式光开关的技术特定、反射式光开关和透射式光开关的技术对比等。     

基于压电材料振动半主动控制仿真研究

近年来,我国航天事业得到了快速发展,飞行器的振动控制变得越发重要。在振动控制领域采用传统的阻尼材料进行抑振,已满足不了当前的需求,因此利用压电材料对结构振动进行控制已成为一个新兴领域。压电材料具有以下优点:机电耦合特性好,频带宽,体积小,质量轻,即可做传感器又可做驱动器使用特点。振动控制分为主动、被动及半主动控制,其中基于压电材料的同步开关阻尼技术(SSD)的半主动控制最为流行。三种同步开关阻尼技术:自感知SSDI(电感阻尼)技术,基于速度检测的SSDI(电感阻尼)技术,自感知SSDNC(负电容阻尼)技术。主要通过机电模型分析,电路原理分析及仿真分析,数据分析的方式来说明这三种技术工作原理及优缺点。     

基于Bang-Bang原理的时间最优控制问题求解

时间最优控制是工程实践中经常遇到的一类最优控制问题。对于较简单的时间最优控制问题可以应用古典变分法和庞特里雅金最大值原理进行分析求解。但在实际问题中，能求得解析解的仅是少数。因此，有必要寻求一种能够有效求解时间最优控制问题的数值方法。在分析时间最优控制问题已有求解方法优缺点的基础上，提出基于Bang—Bang原理和参数最优化方法（遗传算法-单纯形法）相结合求解一类仿射系统的时间最优控制问题的方法。对线性阻尼振子问题进行了数值仿真，结果表明该方法效果良好。     

基于GT-SOA的全光缓存系统分析

本文针对增益透明半导体光放大器(GT-SOA)的偏振旋转效应进行了研究,并将其利用于光纤环型全光缓存器中作为偏振旋转光开关,作为全光缓存器的关键器件。本文根据增益透明半导体光放大器(GT-SOA)的偏振旋转效应理论模型编制仿真软件。建立了基于GT-SOA偏振旋转效应的全光缓存器仿真系统,将GT-SOA的仿真模块嵌入系统仿真软件中进行仿真,并对其单波长缓存系统中信号速率、传输码型、缓存时间等对系统性能的影响进行了仿真和分析。仿真分析结果表明,在该缓存系统中GT-SOA可以很好的完成光开关的作用。     

MEMS穿孔板微执行器动态Pull-in特性分析

本文基于穿孔板静电微执行器的基本模型,在忽略和考虑压膜阻尼效应的两种情况下,采用能量法推导了静电微执行器的动态Pull-in参数公式,并结合ANSYS软件得到动态Pull-in参数的仿真值。通过对比两种情况下的Pull-in电压和Pull-in位移,得出了阻尼比变化对动态Pull-in参数的影响。结果表明,压膜阻尼效应会增大Pull-in电压、减小Pull-in位移;当阻尼比大于0.4,动态Pull-in电压值将与静态Pull-in电压值一致;当阻尼比大于0.5,动态Pull-in位移值将与静态Pull-in位移值一致。     

孔的形状和排列方式对厚孔板微结构压膜空气阻尼的影响分析

本文对微结构上孔的形状和排列方式对压膜空气阻尼的影响进行了理论和模拟分析.理论研究表明对于不同厚度、不同排列方式下的孔单元阵列,若孔的总面积和孔单元面积均为常数,当孔数增加到某一值时有最小阻尼力,并用FEM工具ANSYS证明了该结论的正确性.结果还表明孔数对恒定尺寸微结构空气阻尼的影响随着结构厚度和孔数的增加而变得更加明显.分析结果对比表明在同样的尺寸条件下,孔方形排列微结构的空气阻尼小于孔蜂窝式排列微结构的空气阻尼,该现象随着孔单元面积的增加变得越明显,但是随着孔单元接近微结构的边界,阻尼之间的差距减小.研究结果可以用在高精度MEMS器件如MEMS地震检波器、MEMS光开关和MEMS红外光传感器等的优化设计中去.     

基于介电泳的电极阵列电场仿真研究

介电泳方法被广泛地应用于微纳颗粒的分离和操纵中,实现介电泳操作的关键是设计满足所需电场分布的电极阵列.针对目前在微电极阵列设计中尚缺乏简单有效的电场解析方法的现状,提出一种基于格林公式的电极阵列电场的解析方法.首先介绍了传统介电泳和行波介电泳的概念和计算模型,分析了介电泳过程与电极上所施加的交变电压的频率和幅度的关系,然后在确立电极电势的边界条件的基础上,采用基于格林公式的电场解析方法,建立了非均匀电场的解析模型,得出不同条件下的电极阵列电场分布的仿真结果,最后利用FEMLAB有限元仿真软件对解析模型进行了对比仿真, 验证了该解析模型的可行性.基于格林公式的电场解析求解方法能够有效地提高电极阵列设计中的针对性以及缩短电极设计的时间.     

基于移动群智感知的多旋翼无人机噪声控制技术

由于多旋翼无人机产生噪声的位置点较多,难以感知具体的噪声位置,导致噪声控制效果不理想,因此提出基于移动群智感知的多旋翼无人机噪声控制技术。根据移动群智感知原则,确定标准群节点所处位置,对多旋翼无人机的噪声位置进行精准定位。再按照感知任务分配表达式,计算调度性能指标的具体数值,完成基于移动群智感知的执行任务调度。分析无人机板状结构的振动特性,求解同步开关阻尼、短路开关阻尼、电感开关阻尼、外加电压源开关阻尼的数值表达式,实现对多旋翼无人机噪声控制原理的研究。联合已知数值计算结果,分析噪声信号在无人机蒙皮结构、加筋板结构、典型壁板结构内的布局形式,完成基于移动群智感知的多旋翼无人机噪声控制方法的设计。对比实验结果,在移动群智感知算法作用下,无人机噪声信号在各个方向上的波动幅值均得到较好控制,与模糊逻辑控制方法相比,能够较好维持多旋翼无人机的稳定运动能力。     

起落架缓冲器常油孔阻尼性能分析

缓冲器是飞机起落架缓冲系统中的重要部件,阻尼性能是起落架缓冲性能的关键指标.首先对某起落架缓冲器常油孔阻尼阀阻尼性能进行了工程估算,进而基于FLUENT软件,采用动网格方法建立了该缓冲器阻尼阀的仿真模型及该缓冲器阻尼阀的仿真模型并进行了阻尼特性分析.工程估算和仿真分析结果表明：仿真分析与工程估算得到的结果大体一致.     

基于MEMS技术的低g值微惯性开关的设计与制作

惯性开关是一种感受惯性加速度,执行开关机械动作的精密惯性装置.选用典型的"弹簧-质量-阻尼"结构,研制了一种基于平面矩形螺旋梁的低g值(1gn～30gn)微惯性开关.惯性敏感单元由一个方形质量块和支撑它的两根螺旋梁组成,采用ANSYS有限元软件对其进行了仿真分析.采用MEMS体硅加工工艺和圆片级封装技术,包括KOH腐蚀...     

聚酰亚胺悬臂MOEMS电磁光开关的优化设计

利用聚酰亚胺(PI)优良的机械、绝缘、耐热等性能,设计出基于PI膜的磁控光开关.给出合理的线圈宽度与间隙宽度,提出了八边形的线圈绕组结构,计算得出PI膜悬臂梁光开关驱动电压与工作距离的关系,并对悬臂梁长度、宽度、厚度进行优化.在驱动电压为2V时,自由端位移达到2mm.     

高g值压阻加速度计动态特性与阻尼的关系研究

为了避免高g值压阻加速度计在工作过程中出现结构易损坏、响应信号精准度低的问题,需要在设计过程中合理调整阻尼参数。基于高g值传感器固有频率高、上升时间短两个特性,通过建模仿真从时域和频域两方面分析了阻尼对传感器动态响应特性的影响。得出阻尼比范围在0.10～0.25时高g值压阻加速度计动态特性较好,并通过实验验证了仿真分析的正确性,为设计过程中阻尼参数的调整提供了重要依据。     

基于小波分析的惯导超调误差抑制方法研究

针对惯导系统阻尼状态切换时会产生较大超调误差等问题.为了提高惯导系统阻尼网络误差超调抑制效果,提出一种基于小波分析突变信号检测技术的自适应误差超调抑制网络设计方法,通过在前馈可调参数回路中加入小波分析检测模块,对阻尼状态切换产生的误差超调信号快速、准确地定位,并通过控制可调参数起始开关,自适应地有效抑制状态切换产生的超调误差.并通过仿真试验验证了研究提出方法的可行性.     

自治分段线性振荡系统的离散映射数值建模与稳定性分析

为研究自治分段线性振荡系统中出现的分叉及混沌动力学行为，系统建模及稳定性分析是一种必不可少的分析手段. 本文通过构造周期内离散映射解析模型，并结合边界条件的动态数值求解，提出了一种动态离散映射数值建模方法，进而推导了用以判定系统周期闭轨稳定性的Jacobian 矩阵求解模型. 最后，本文以电力电子系统中一种常用的5 维软开关逆变自治振荡电路作为实例，通过模型仿真观察到频率的分叉现象，并根据Jacobian 矩阵的特征乘数对系统的稳定性进行了研究. 基于该模型的仿真分析结果与实验系统中所观察到的现象一致，从而验证了该方法的有效性.