數(shù)字電壓驅(qū)動(dòng)靜電微執(zhí)行器的研究.pdf

1、該文主要對(duì)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(dòng)進(jìn)行了研究，設(shè)計(jì)了一款4位MEMDAC（微機(jī)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(dòng)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(gè)重要的功能實(shí)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(jī)械能.實(shí)現(xiàn)這一轉(zhuǎn)換一般有三種途徑：熱驅(qū)動(dòng)、磁驅(qū)動(dòng)、靜電驅(qū)動(dòng)，該文主要討論了懸臂梁結(jié)構(gòu)的靜電驅(qū)動(dòng)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(xué)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(shì)和使用上的限制.結(jié)構(gòu)尺寸、載荷分布位置和殘余應(yīng)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(xué)模型分析了結(jié)構(gòu)尺寸對(duì)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(yīng)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(dòng)的設(shè)計(jì)奠定了基礎(chǔ).采用數(shù)字電壓驅(qū)動(dòng)時(shí)，懸臂梁不再全梁受力，因而其經(jīng)典的數(shù)學(xué)模型失效.由于此時(shí)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(xué)模型既無(wú)必要也不實(shí)際.該文引入了有限元方法進(jìn)行研究和設(shè)計(jì).用有限元軟件ANSYS對(duì)數(shù)字電壓驅(qū)動(dòng)的懸臂梁進(jìn)行了結(jié)構(gòu)分析和模擬，發(fā)現(xiàn)在小撓度時(shí)當(dāng)作用點(diǎn)位于懸臂梁距固定端距離超過一半梁長(zhǎng)時(shí)，懸臂梁輸入輸出呈近似線性關(guān)系，且多個(gè)作用點(diǎn)的結(jié)果可以迭加，誤差不超過0.5﹪.這為我們?cè)O(shè)計(jì)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(dòng)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