【摘 要】
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静电驱动梳状结构在微传感器、微机电滤波器、以及执行微位移控制等方面被广泛应用.为了针对其应用进行精确的设计,需要研究其设计方法,对其结构参数进行优化,以提高设计质量
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静电驱动梳状结构在微传感器、微机电滤波器、以及执行微位移控制等方面被广泛应用.为了针对其应用进行精确的设计,需要研究其设计方法,对其结构参数进行优化,以提高设计质量,缩短设计周期.该文首先通过理论分析,计算了静电驱动梳状结构的静电力,共振频率及其等效刚度,对比了静电驱动梳状结构与其它静电驱动结构相比的优势.但由于理论分析采用了简化处理,其结果误差较大.然后采用有限元分析方法,使用通用有限元分析软件ANSYS对静电驱动结构进行分析,运用APDL编写静电驱动梳状结构的分析程序.提出静电驱动结构的静电—结构耦合场分析方法.计算结构在电压作用下的响应,以及加速度作用时的电压反馈.在此基础上,通过多组分析结果的对比,提出对其进行优化设计的方法.静电驱动结构包括固定梳齿,活动梳齿和弹性梁.为了增大固定梳齿和活动梳齿间的静电力,以使结构的响应变大,增大驱动电压,减小梳齿的间距、增加梳齿的数目是有效的方法.而增大梳齿的厚度虽然增加了静电力,但对响应的影响不大,因而其厚度可以根据表面加工工艺的需要以及结构的强度来确定.为了增大结构在工作方向上响应,可以通过改变弹性梁结构的尺寸来实现.该文通过模态和刚度分析,提出了通过改变结构参数改变结构的谐振频率,增大结构在特定方向上响应的方法.最后根据静电场分析和模态分析的结果,取了一种结构,改变其结构参数,求得了其在交变电压作用下的响应,研究其驱动特性.并求得了结构在不同加速度作用下的反馈电压.有限元计算的结果与理论分析计算的结果接近,但同时也弥补了理论分析的不足之处.该文所提出的有限元分析方法也可以作为其它静电驱动结构以及MEMS构件的分析参考.
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