基于微纳米尺度光热膨胀的微型光热驱动器研究

用准分子加工系统制备了长度1 mm的微型光热驱动器,用红光半导体激光(650 nm)作为驱动源进行了驱动实验.结果表明,直接用激光束驱动可产生微米级偏转,激光束聚焦质量无严格限制,激光束在膨胀臂上的照射位置对偏转量不会造成明显影响.偏转量可调,当激光功率从0 mW增大到10 mW时,微型光热驱动器的偏转量可从0 μm增大到14.33 μm.本方法简单易行,可独立驱动运作,易于小型化,真正实现无线遥控操作.     

基于双激光束的微型光热驱动器研究

实现了一种利用双激光束(双光斑)的微型光热 驱动的器(OTMA)。利用准分子激光微加 工系统加工制作了膨胀臂宽为100μm、总长为750μm的非对称型OTMA;利用 波长650nm的双激光束开展了OTMA的光热驱动实验研究,借助CCD显 微视频运动测量系统,测 定了光热偏转量与激光功率之间的关系曲线。实验结果表明,OTMA的光热偏转量与激光总功 率之 间近似成线性关系;当双光斑功率为4mW时,OTMA获得的光热偏转量达到15.2μm,大于单光 斑分别照射时的偏转量之和(13.1μm);同时,当双光斑照射与单 光斑照射获得的光热偏转量相 同时,双光斑的功率密度仅为单光斑的1/2甚至更小,从而可有效地避免单光斑照射时因 局部温升 过高而导致OTMA烧结损坏,延长了器件的工作寿命。本文的OTMA结构简 单,易于加工,偏转量大,易于操作,并且可以实现无线远距离控制;可望在微纳米技术及 微型光机电系统等领域获得广泛应用。     

光热微驱动机构动态响应特性的理论与实验研究

理论和实验研究了脉冲激光照射 下光热微驱动机构的动态响应特性,建立了微 膨胀臂的光热温升及光热膨胀的动态模型,导出了动态光热膨胀伸长量及振幅的计算公式, 并通过Matlab 仿真得到它们与激光脉冲频率之间的理论关系曲线。设计与微加工制作了一种总长为700μm的非对称型光 热微驱动机构(A-OTMA),在功率为2mW、频率为2~18Hz可调的脉 冲激光照射控制下开展了动态光热驱动 实验。采用显微视频成像系统及运动测量软件,对A-OTMA光热微驱动过程进行了实时监测 和测量。实验结 果表明,A-OTMA能够以与激光脉冲相同的频率实现周期性偏转运动,光热偏转量及振幅随 激光脉冲频率 的增大而减小,其变化趋势与理论曲线吻合,获得的最大偏转量振幅为14.9μm(2Hz 时),最大响应频率 至少达到18Hz。本文的动态响应特性的理论和实验研究,为OTMA在 微光机电系统(MOEMS )及微纳米技术领域的实际应用提供了技术基础。     

压电型惯性微驱动器研究

提出基于惯性-摩擦的新型压电驱动方式,设计出可实现直线运动和圆周运动的压电微型驱动器。对微驱动器进行了动力学建模,给出了试验结果及分析,并讨论了驱动器的应用方向。     

MEMS微电磁驱动器磨损对光开关性能的影响分析

光开关中运动元件的磨损对光学元件的位置精度有重要影响。介绍了MEMS微电磁驱动器磨损对光开关光学性能影响的理论分析,采用光纤光学理论计算了磨损所引起的光开关的附加插入损耗,结果表明,所采用的微电磁驱动器磨损引起的附加插入损耗小于0.02 dB,其磨损特性可以满足光通信开关的要求,实验结果证明了理论分析的正确性。此方法对光开关和MEMS微驱动器的研究具有指导意义。     

微型电磁驱动器中微小电磁力的研究

设计了一种应用于微机电系统中的微型电磁驱动器。该微驱动器主要由平面正方形线圈、弹性支撑和坡莫合金薄片构成。采用微细加工技术成功地制作出了这种微驱动器。该驱动器具有较大的驱动力和行程，适用于垂直方向上需求较大偏转的微机电系统中。研究了平面线圈对坡莫合金磁体的微小作用力，并用有限元模拟软件ANSYS，对该作用力进行了模拟分析。     

一种小型微位移超稳定直线压电驱动器

研制出一种新型直线蠕动式压电驱动器,它具有小体积、低摩擦、低噪声、稳定性好、分辨率高等特点。该装置体积仅为４０ｍｍ×３５ｍｍ×２５ｍｍ,可用于机器人、微细加工、仪器仪表、精密机械等领域。     

微机电系统扭转微镜面驱动器的研制

提出了一种新颖的采用键合减薄工艺制作的微机电系统扭转微镜面驱动器,该种微镜面驱动器工艺制作简便可行.通过对研制的微镜面驱动器进行测试,该驱动器在18V驱动电压时可以达到0.3°的扭转角度,微镜面的频率响应时间小于1ms.同时该驱动器具有较大的微反射镜面,面积达到600μm×700μm,试验结果表明微镜面驱动器将可以应用于光通信领域.     

微位移驱动器及其应用

利用特殊陶瓷的压电效应，可研制成微位移驱动器。本文对此类器件的性能结构、应用特点及其材料本质，对制成的不同器件的影响以及参数的选择等作了简要介绍。     

PZT系多层片式压电陶瓷微驱动器位移性能研究

PZT系多层片式压电陶瓷微驱动器的制作主要采用了陶瓷胚胎流延成型和一定的金属内极电共烧的技术,具有体积小、工作电压低,且位移量大等方面的特点。本文通过对PZT概念以及试验的方法整理研究,对PZT系多层片式压电陶瓷微驱动器位移性能的实验进行了科学的研究。     

激光光热控制触点开关式微驱动机构及实验研究

提出了一种新型的激光光热控制触点开关式微驱动机构;对于驱动性能受到形状参数的影响进行了理论分析;采用KrF准分子激光器制备了两种不同长度的微驱动机构;自行搭建的激光光热控制实验系统,采用655nm红色激光作为驱动源,利用该实验系统进行了比较驱动实验,实验结果表明:触点偏转量随着驱动器臂长的增大而增大,同时对于相同长度的微驱动机构,触点偏转量随着驱动激光功率的增大而增大.该新型微驱动机构结构简单,制备快捷,可以采用激光对其实现远距离、非接触控制,集成度高.     

Experimental study of novel microactuator based on photothermal expansion

A novel photothermal drive method was proposed. A novel photothermal micro-actuator （PTA） was developed with this method. We introduced the deflection mechanism of the asymmetric expansive arms with different widths. When a beam of infrared laser irradiates the arms, the different increase temperature and photothermal expansion controlled by the different rates of specific surface area cause a magnified lateral deflection. A prototyping micro-actuator of 1000 μm length was manufactured by using anexcimer laser micromachining system, and using polypropylene material. Experiments have been carded out to check the feasibility of deflection, with a laser diode （650 nm） as the external power source to activate the micro-actuator. The results show that the actuator can practically generate an obvious lateral deflection without considering the size or the location of the irradiated light spot strictly. The deflection status of the micro-actuator could be controlled remotely from 0 μm to 14.33 μm by changing the laser power from 0 mW to 10 mW. This kind of novel PTA is quite simple and convenient for operation. It will be quite useful for the applications in the fields of micro/nano-technology and with large displacement/actuation force and remote controlling.     

基于静电驱动的平行板式微执行器的静态吸合现象的研究

本文先讨论了基于静电驱动的平行板式微执行器在忽略边缘效应下的静态吸合现象,之后在前面研究的基础上,进一步分析了该微执行器在考虑边缘效应下的静态吸合现象,最后建立该微执行器的模型,并设置参数,仿真得到结果证明静态吸合现象的发生。     

基于激光光热法的固体热扩散率数值分析

固体材料的热扩散率对于研究低温非稳态导热过程极为重要,为了研究固体材料在低温下的热扩散率,本文根据热扩散理论模型计算样品材料在不同温度时的热扩散率,在此基础上基于激光光热法对热扩散率与激光频率和相位之间的函数关系进行了数值模拟,数值计算结果与实验数据对比表明两者基本相符,研究表明激光光热法可对固体材料的热扩散率进行有效测量,样品材料在低温下热扩散率的数值模拟表明20～80 K温区样品材料热扩散率随温度变化而显著变化,80～300 K温区材料热扩散率变化较小。     

光热光束偏转方法测量激光束特征参数

本文叙述了光热光束偏转方法的基本原理,介绍了一种新的应用光热光束偏转方法测量聚焦激光束的特征参数及聚焦透镜焦距的方法。实验测量了经单一锗透镜聚焦后的CO_2激光束的腰斑半径和位置,同时确定了聚焦锗透镜的焦距,其结果与实际情况一致。     

1064 nm激光光热效应对CCD探测器干扰实验研究

为了研究激光的光热效应对CCD探测器的干扰效应,利用1064 nm激光开展了对CCD探测器的干扰实验。实验采集数字图像的处理分析可明显观察到1064 nm激光对于CCD探测器的串扰现象。进行了激光照射CCD探测器随时间变化产生热噪声差对比实验,观察到了激光光热效应对于CCD探测器的干扰效果。实验表明CCD探测器表面温度随1064 nm激光辐照功率的升高而逐渐升高的现象,由于光热效应带来的图像热噪声明显影响到了CCD探测器的成像效果。由于硅基CCD探测器对1064 nm波长的低光电响应率,研究光热效应对CCD探测器干扰效应尤为重要。     

基于ARM的温度可控LED光热治疗系统设计

光热治疗对生物组织温度的准确性和稳定性具有较高要求,针对该应用设计了基于ARM处理器和嵌入式Linux操作系统的LED光热治疗系统。系统包括光源模块、测温模块、LED驱动模块、微处理器模块及人际交互模块。根据光热治疗的实际需要采用积分分离PID算法提高了治疗中组织温度的控制品质。选用离体组织样品进行光热治疗模拟实验,实验结果表明系统温度控制具有较低的调节时间和超调量,稳态误差为±0．5℃,能较好满足光热治疗对温度控制的要求。