數(shù)字電壓驅(qū)動靜電微執(zhí)行器的研究.pdf

1、該文主要對懸臂梁結(jié)構(gòu)的靜電微執(zhí)行器采用數(shù)字電壓方式驅(qū)動進行了研究，設(shè)計了一款4位MEMDAC（微機電數(shù)模轉(zhuǎn)換器）.這款DAC與同類微執(zhí)行器最大不同之處在于其懸臂梁移動是由數(shù)字電壓調(diào)節(jié)，而不是模擬電壓調(diào)節(jié).微執(zhí)行器作為MEMS中一個重要的功能實現(xiàn)器件，其基本工作原理是將其它形式的能量（通常為電能）轉(zhuǎn)換為機械能.實現(xiàn)這一轉(zhuǎn)換一般有三種途徑：熱驅(qū)動、磁驅(qū)動、靜電驅(qū)動，該文主要討論了懸臂梁結(jié)構(gòu)的靜電驅(qū)動微執(zhí)行器.該文根據(jù)經(jīng)典理論分析了懸臂梁結(jié)構(gòu)

2、的數(shù)學模型，給出了懸臂梁結(jié)構(gòu)的輸入-輸出特性，指出了懸臂梁結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢和使用上的限制.結(jié)構(gòu)尺寸、載荷分布位置和殘余應力是影響懸臂梁輸出撓度的主要因素.該文根據(jù)懸臂梁的數(shù)學模型分析了結(jié)構(gòu)尺寸對輸出撓度的影響，建立了有限元模型和兩層膜的懸臂梁模型分析了分布載荷和殘余應力與輸出撓度的關(guān)系.這些分析討論為數(shù)字電壓驅(qū)動的設(shè)計奠定了基礎(chǔ).采用數(shù)字電壓驅(qū)動時，懸臂梁不再全梁受力，因而其經(jīng)典的數(shù)學模型失效.由于此時懸臂梁的撓曲與作用電極的形狀、位置密切相

3、關(guān)，因而為此建立數(shù)學模型既無必要也不實際.該文引入了有限元方法進行研究和設(shè)計.用有限元軟件ANSYS對數(shù)字電壓驅(qū)動的懸臂梁進行了結(jié)構(gòu)分析和模擬，發(fā)現(xiàn)在小撓度時當作用點位于懸臂梁距固定端距離超過一半梁長時，懸臂梁輸入輸出呈近似線性關(guān)系，且多個作用點的結(jié)果可以迭加，誤差不超過0.5﹪.這為我們設(shè)計數(shù)字式的微執(zhí)行器帶來了便利.綜合分析和模擬的結(jié)果，該文給出了關(guān)于數(shù)字電壓驅(qū)動靜電微執(zhí)行器——MEMDAC的兩套結(jié)構(gòu)方案.方案一具有極高的線性度，適