耦合场协同仿真中节点载荷插值的混合法

节点载荷插值是使用协同设计方法进行耦合场仿真的一个关键。首先介绍了有限元软件内部的多场耦合的节点映射方法,然后把协同设计方式下多场耦合的插值算法归结为散乱点的插值。分析了映射法、自然邻居插值法、滑动最小二乘法和反距离移动平均法对于散乱点插值的优缺点,在此基础上提出了耦合场协同仿真的混合法。该法首先使用自然邻居插值法对大多数内点进行插值,接着使用滑动最小二乘法对外点插值,对余下的外点使用反距离移动平均法进行插值。对滑动最小二乘法做了改进以进行精确插值。最后用一个热应力的算例进行验证,表明该算法具有良好的精度、速度和稳定性。     

RF MEMS悬臂梁开关的设计与仿真

利用有限元软件HFSS和ANSYS系统研究了串联MEMS开关的微波性能和力学性能与其结构参数之间的关系,并在此基础上优化出悬臂梁开关的几何结构参数,设计了RF MEMS开关,实验表明：在外施电压为10V左右时,悬臂梁的挠度可达3μm左右,5GHz时,回波损耗小于0．2dB,隔离度大于35dB。     

基于Petri网的MEMS柔性设计建模方法

微机电系统设计具有微尺度效应和多物理场耦合的特点,而现有的面向产品宏观结构的CAD系统难以满足微米尺度设计需求,为此提出一种基于Petri网的MEMS柔性设计建模方法.在分析MEMS设计特点、框架和流程的基础上,对已有设计系统进行抽象化和精细化,获得高内聚低耦合的设计模块,并将Petri网与设计系统各模块相互关联,建立了基于Petri网的MEMS柔性设计建模框架;然后通过添加前置库所和带权有向弧调节库所最大/最小标识数,控制设计流的总数;再添加控制库所形成控制回路,使并发变迁有序执行,消解并行设计冲突;最后用Petri网的状态空间求解结果控制各模块运行,满足复杂设计流的多元关系.以ACIS为几何造型内核开发了自主原型系统,以电容式三维硅微梳齿驱动器设计为例进行应用验证,结果表明,文中方法将现有MEMS设计从自顶向下和自底向上及其混合拓展到基于Petri网的柔性设计建模,使产品设计不局限于固定的设计流程,对于提高MEMS设计效率和质量具有重要意义.     

MEMS惯性器件的主要失效模式和失效机理研究

针对微机电系统(MEMS)器件的可靠性问题,通过大量的历史资料调研和失效信息收集等方法,针对微机电系统(MEMS)器件的可靠性问题,对冲击、振动、湿度、温变、辐照和静电放电(ESD)等不同环境应力条件下的MEMS惯性器件典型失效模式及失效机理进行了深入分析和总结,研究结果有利于指导未来MEMS惯性器件的失效分析和可靠性设计.     

MEMS器件的计算机辅助设计方法和仿真研究

MEMS技术的进一步发展依赖于MEMS器件计算机辅助设计的发展和水平的提高。系统级仿真和多能量场耦合是MEMS器件计算机辅助设计的核心环节。提出了一种MEMS器件设计的参考方法,并对系统级仿真这一难点做了深入阐述。     

基于MEMS的微热板结构仿真优化研究

金属氧化物半导体气敏传感器是气体传感器领域研究的热点内容,而微热板作为金属氧化物半导体气体传感器的重要组成部分之一,对微热板结构及稳态热特性的研究至关重要.为了研究不同结构参数对微热板性能的影响,为微热板的设计优化提供指导,基于微机电系统(MEMS)工艺技术,设计了一种悬浮式结构微热板,对微热板支撑层和隔离层的材料组成...     

基于多模型模糊融合的MEMS陀螺补偿方法

为了实现微机电系统(MEMS)陀螺的高精度补偿,本文借助分段线性拟合与多模型模糊融合的方法,得到了一种新的标定补偿算法。通过对各轴分段组合的标定数据进行拟合建立多组补偿模型,并通过角速率的隶属度函数的模糊加权实现多模型融合,得到随测量值变化的线性补偿模型,提高了陀螺输出补偿的精度。实验表明,该方法的补偿精度明显优于传统方法。其算法简单计算量小,易于在实际工程中应用。     

基于MEMS电场传感器的直流验电器系统设计

为了对高压直流输电(HVDC)的传输线进行可靠的带电状态检验,提出并设计了一种基于微机电系统(MEMS)电场传感器的非接触式直流验电器系统。MEMS电场传感器用于测量DC电场。为了实现对电场信号的采集和处理,设计了以32位嵌入式微处理器为核心的非接触式直流验电器系统。通过声光预警模块实现有电提醒,简化验电作业的操作复杂性。该系统的应用可以准确检测直流输电线路的带电状态信息,并在检测到输电线路带电时及时报警,具有操作简单,抗干扰能力强,电池寿命长达23 h的特点。     

基于产品特征信息重用的设计仿真协同技术研究

文章分析了协同设计中产品模型信息传递技术存在的问题,提出了基于产品特征信息重用的设计仿真协同技术,并阐明了该技术的原理和实现。最后介绍了该技术在轿车协同设计仿真环境中的应用。     

一种面向微型传感器的新型微能源的结构设计与仿真

传统同位素微电池的能量转换结构采用单层阵列形式,造成电池输出功率较小,不能满足微型传感器件的需求.设计了一种基于大阵列多层压制的能量转换结构,以引入高深宽比工艺并增大比表面积,从而提高了放射源利用率,使得微电池可以根据微型传感器件的需求作出设计,并能与其进行工艺集成.对这种结构的微电池性能进行仿真得到最佳p-n结结深,结果证明了该结构具有较高的输出功率.     

分布式集群协同仿真研究

分布式集群协同仿真是指地域上分布、系统上异构的多个节点群为实现某一复杂的仿真目的而进行互连并进行内容级的互操作的一种复杂、大型、综合的协同仿真。其中每一个节点为一个仿真系统(或仿真器)或控制系统或服务器,多个节点互连形成为节点群构成具有明确仿真目标的综合仿真系统,井且这些节点群综合仿真系统种类多样(虚拟仿真系统、实物仿真系统、构造仿真系统等)、具有层次结构(如军事上战略仿真、战役仿真、战术仿真、装备仿真等)、地理上,“域分布(WAN或INTERNT环境)而且它们之间的连接关系较为复杂(一对一、一对多、多对一、多对多等)。该文提出了“分布式集群协同仿真”与“双时仿真”的概念与构想;研究并设计了分布式集群协同仍真的体系结构;建立了多节点分布集群协同仿真时间管理策略;构建了几类典型协间仿真系统运行控制的算法。分布式集群协同仿真由于具有分布、异构、广域、多粒、层差等特性,因此,分布式集群协同仿真研究既足一个实践课题,同时也是一个理论课题。该文的研究,主要集中在分布集群协同仿真层次的多节点复杂大系统的应刚领域,属实践课题研究。     

基于MEMS CAD加工工艺仿真研究

在MEMS设计中需要解决工艺设计的问题,基于MEMS CAD软件对MEMS关键加工工艺进行仿真研究,对于MEMS工艺水平的提高有着重要的意义.本文首先探讨了MEMS加工工艺种类和工艺建模,然后以单晶硅各向异性腐蚀为例,借助MEMS CAD软件ACES对硅的湿法腐蚀工艺情况进行了仿真,其仿真结果对于基于MEMS CAD加工工艺进一步研究有一定的参考价值.     

四电极电化学MEMS加速度传感器仿真

基于溶液相对于电极的运动会使电极附近因电势差作用而产生的离子浓度梯度发生改变,从而使电极电流发生变化等电化学原理,建立一种置于碘(I2)和碘化钾(KI)混合水溶液环境中的阳极—阴极—阴极—阳极(ACCA)四电极阵列传感单元模型。通过理论分析,该传感单元可以局部电解液为惯性质量,利用电解液中带电离子相对于电极的运动来产生并输出附加电流;进一步的建模仿真证明:在一定的加速度范围内(0a x0.149 m/s2),附加电流的大小同加速度呈正比关系,故可以将此电流放大输出,从而实现对加速度大小的表征。可利用MEMS工艺制作,并封装此传感单元成为加速度传感器。     

基于分布式异构仿真的协同建模框架研究

复杂大系统的建模与仿真涉及到多个领域的人员协同开发,各类人员采用本领域成熟的建模方法和工具构建模型,这些模型具备粒度精细、置信度较高的特点,但同时也产生了模型异构的问题.本文针对复杂系统的大规模仿真应用探讨了异构模型开发和集成的思路,对如何使这些异构模型协同参与仿真的问题进行了深入研究,分析和归纳了当前已有的协同建模仿真环境DEVS/HLA、DEVS总线以及CDM的工作原理和关键技术,提出了以分布式异构模型为基础的协同建模框架的功能描述.     

一种基于MEMS的同位素微电池的新型结构设计与仿真

针对传统同位素微电池的倒三角直槽型或倒金字塔型能量转换结构表面积较小和工作状态不稳定的缺陷.设计了一种垂直侧壁方孔阵列型的能量转换结构,增大了其表面积;并引入电镀这一新型的接触方式,改善了同类传统微电池的工作稳定性.建立了同位素微电池的电流计算公式.基于这种新结构对电池性能仿真得到了能量转换结构的最佳掺杂浓度,结果表明该结构与传统的能量转换结构相比,具有较低的掺杂浓度,较高的开路电压,输出电流和输出功率.     

基于网格技术的先进分布仿真协同环境

针对分布仿真面临的一些问题,提出把网格技术的优势应用到复杂分布仿真应用系统设计中,通过构建合理的分布仿真协同环境体系结构,开发通用的“仿真网格组件”,简化分布仿真系统的复杂度,提高仿真系统的效率。同时,探讨了网格技术与先进分布仿真技术的互补与融合问题。     

Thermal drift analysis using a multiphysics model of bulk silicon MEMS capacitive accelerometer

An interpretation of the thermal drift of the bulk silicon MEMS capacitive accelerometer using multiphysics analysis is proposed in this paper. Stress, strain, electrostatics, thermal and structural interactions are simulated based on the finite element method. The thermal drift is generated by both the stiffness asymmetry of the U-springs of the structure and relative displacement caused by the mismatch in thermal expansion coefficients between the Pyrex glass substrate and heavily boron-doped silicon structure, neither of which is dispensable. Although the layout design is symmetrical, the asymmetric widths of the U-springs, which cause stiffness asymmetry, are observed by scanning electron microscopy. To achieve a fast and feasible simulation, we divide the model into two components with different configurations. During the simulation, boundary conditions are carefully set up according to the fabrication process. A series of experiments is designed to verify the result, including a temperature experiment from −40 to 100 °C and DC voltage polarity experiment. To verify the conclusion, a new layout design that gradually increases the width of the U-springs without changing any other dimension is simulated, fabricated, and tested. The simulation and experiment results are compared and discussed.     

MEMS光纤法珀压力传感器的设计及解调方法实现

基于外界压力引起敏感膜片形变导致腔长变化来实现压力信号传感的原理,提出了一种MEMS光纤法珀压力传感器的设计,建立了传感器敏感膜片的挠度变化与膜厚、半径及施加压力的关系理论模型,并在此基础上进行了膜片的MATLAB二维数值仿真和Comsol Multiphysics三维数值仿真,并完成了FP压力敏感头的制作,进而设计了能够应用于光纤传感的解调方法,搭建了光纤传感的压力测试系统并进行了相关实验,利用所设计的解调方法对实验数据进行处理,进而对压力传感器的性能及特性进行了测试和验证。实验结果表明,传感器测试曲线线性度良好,与数值仿真结果基本一致,在100 kPa的量程范围内其灵敏度可达62.3 nm/kPa,温度敏感系数为0.023μm/℃,测量精度3.93%,且最小压强分辨率为1.29 kPa,证实了该MEMS光纤法珀压力传感系统具有一定的可行性。