新型集成三维微力检测微夹持器

提出了一种以压阻检测技术为基础,压电陶瓷为微驱动元件,具有两级位移放大且集成三维微力传感器的微夹持器。采用有限元软件对微操持器放大机构和传感器弹性体进行分析,并给出了传感器的标定方法。实验证明,该传感器具有无耦合、测量分辨率高、线性度好、标定简单的优点,满足了预计的设计要求,传感器最大量程为10 mN,X向与Y向的分辨率均为2.4 μN,Z向的分辨率为4.2 μN;同时也验证了所设计的微夹持器的合理性和实用性,当压电陶瓷驱动电压取200 V时,微夹持器的张合量达到最大值274 μm。     

侧壁压阻式力传感器的研制与标定

在对现有微操作中夹持力问题进行分析的基础上,提出了一种基于面内侧壁压阻的力传感器加工方法,成功地在MEMS微夹持器上集成了压阻式的力检测传感器,对夹持力的检测反馈实现了微操作的闭环控制.该方法利用离子注入工艺和深度反应离子刻蚀（DRIE）工艺相结合制作检测梁侧壁压阻,改善了侧壁压阻工艺与其他工艺间的兼容性问题.最后通过压电叠堆驱动平台结合精密电子秤对压阻传感器进行了标定.测试表明,这种微力传感器加工技术可以很好地与其他工艺相兼容,力传感器的灵敏度优于72V/N,分辨率优于3μN.     

一种集成三维微力传感器的微夹持器研制

微操作中力的检测与控制是实现无损伤操作的关键。因此,该文提出了一种以压阻检测技术为基础,集成三维微力传感器的微夹持器。传感器标定实验结果表明,该传感器具有耦合小,测量分辨率高,线性度好的优点。传感器量程为-10~ 10 mN,在x、y向的分辨率均为2.4μN,z向的分辨率为4.2μN。微夹持器采用压电陶瓷驱动两级柔性放大机构,实现张合量300μm,完成了微夹持实验。     

微操作中力的检测及控制

微操作过程中,操作对象的特征尺寸通常小于1 mm。由于尺度效应和表面效应,操作对象本身的重力和惯性力不再起主导作用,粘附力作用成为影响微操作成败的关键因素。这就导致了单靠宏观上的操作技术不能充分解决微观领域操作问题。该文在论述微操作过程中粘附力作用机理的基础上给出了一些微操作过程中有关力的检测、控制的可行方法。     

用于纳米操作的硅基集成式微型 xy 定位平台

针对纳米级定位平台小型化和高定位精度的要求,基于体硅工艺研制出一种集结构、驱动和位移检测一体化的集成式微型纳米级xy定位平台. 采用体硅双面深度反应离子刻蚀（DRIE）技术释放出高深宽比的静电梳齿驱动器、检测梁及定位平台结构. 由于定位平台属于面内运动,为了提高面内运动位移检测的灵敏度提出了一种利用离子注入工艺和DRIE技术相结合制作检测梁侧壁压阻的方法,并利用该侧壁压阻工艺成功地把基于侧壁压阻式的位移传感器集成到微型xy定位平台上. 实验测试表明,位移传感器的灵敏度优于1.17mV/μm,线形度优于0.814%,当驱动电压取30V时,定位平台的单轴输出位移可达±10μm,并且定位平台x方向和y方向上的位移耦合量非常小;在空气条件下测得定位平台的一阶固有频率为983Hz.     

基于MEMS技术的微操作三维力传感器研究

针对微操作过程中对微力觉信号的需求，以压阻检测技术为基础结合MEMS加工工艺，设计了一种用于微操作的三维力传感器，建立传感器的数学模型并用有限元分析软件对敏感弹性元件进行分析。利用悬臂梁受力弯曲变形的原理结合显微视觉技术，实现对传感器的标定，并给出了传感器的信号处理方法。实验证明，该传感器具有耦合小、测量分辨率高、线性度好、标定简单的优点，满足了预计的设计要求。传感器最大量程为10mN，x向与y向的分辨率均为2．4μN，Z向的分辨率为4.2μN。     

基于体硅工艺的集成式定位平台

针对纳米定位平台的构型和定位精度问题,采用体硅加工技术成功地研制出了一种基于单晶硅并带有位移检测功能的新型二自由度微型定位平台,定位平台采用侧向平动静电梳齿驱动.利用力电耦合和能量守恒原理分析了静电致动器的致动机理,对定位平台的主要失效模型、静态和动态特性进行详细建模分析,证明了静电梳齿力电耦合所导致的侧壁不稳定以及驱动器的最大稳定输出位移,给出了平台稳定工作条件下梳齿间隙、梳齿初始交错长度以及复合柔性支撑梁的弹性刚度比之间的关系.动态分析时考虑空气阻尼对平台的影响,给出了平台最大运行速度、位移及动态条件下的临界驱动电压并把分析结果应用于平台闭环控制.实验结果表明:驱动电压30 V时,平台稳定输出位移达10 μm,机械稳定时间仅为2.5 ms.     

基于(111)硅单片集成三轴加速度计的工艺研究北大核心

介绍了一种新型单片集成电容式三轴微加速度计的加工方法,该方法采用非绝缘体上硅(SOI)的单硅片单面加工技术,易于与IC工艺兼容,而且成本低廉,成品率高,适用于批量生产,可替代传统的SOI工艺。该方法主要利用硅深度反应离子刻蚀(DRIE)技术结合普通(111)单晶硅片内部可选择性横向自停止腐蚀技术制作并释放得到悬浮可动的敏感结构。此外,创新的锚点设计不仅使检测电极之间相互电学隔离,而且便于引线键合与封装。最后基于开环接口电路对加工制造的三轴加速度计进行了测试,验证了该工艺的可行性。     

基于切割成型的侧壁表面压阻制作及其参数优化

为了提高MEMS执行器件对面内运动位移（或力学信号）检测的灵敏度并改善侧壁检测电阻制作工艺与其他工艺及其不同器件结构之间的兼容性问题,提出一种基于离子注入工艺和深度反应离子刻蚀（DRIE）工艺相结合制作检测梁侧壁压阻的方法。在此基础上,详细分析了影响位移检测灵敏度和分辨率的各种因素,并对侧壁压阻的结构尺寸及其工艺参数进行优化。最后,给出了侧壁表面压阻在几种不同类型典型MEMS执行器件中的应用,取得了很好的应用效果。     

基于压电驱动的靶球筛选操作机理及实验研究

针对惯性约束聚变中靶球筛选操作的粘着问题,提出一种基于压电驱动控制的微操作方法,并结合微机电系统(MEMS)技术和微驱动方法,研制压电驱动操作模块用于实验研究.首先,分析微尺度对象粘着机理并进行粘着接触模型的建立,并在此基础上提出对操作工具施加振动,利用惯性力作用克服粘着力的动态操作方法;同时,结合靶球筛选操作的特点,分析操作控制策略;最后建立了基于压电驱动的微操作实验系统.针对直径Φ50～400 μm的靶球对象进行操作实验,成功实现了靶球样品的高效、准确拾取和释放,拾取和释放成功率大于90％.