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静电微执行器的Pull-in特性分析

作　者: 徐琳
导　师: 方玉明
学　校: 南京邮电大学
专　业: 电路与系统
关键词: 微机械系统平行板式静电微执行器扭转式静电微执行器动态Pull-in现象边缘效应
分类号: TP211.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

微机械系统(MEMS)通常是由微型传感器、微型执行器、信息单元和通讯/接口单元等组成的。微执行器作为可动部分,其动作范围的大小、效率的高低以及可靠性等指标决定了系统的成败,它是微机械系统中最重要的环节,各国学者都对其给予了高度重视。静电驱动方式是微执行器最广泛的驱动方式,可以产生较大的驱动力,但这种驱动力是非线性的,于是导致了Pull-in失稳现象。Pull-in现象的两个重要参数Pull-in点和Pull-in电压是研究Pull-in现象的关键因素,所以获得精确的Pull-in点和Pull-in电压对于Pull-in现象的研究是非常重要的。静电微执行器的Pull-in现象利弊兼有,但只要确定了Pull-in参数就可以灵活运用。因此,不论是从理论研究的角度,还是从实际应用方面来看,获得精确的Pull-in参数都是非常必要的。本文首先介绍了忽略边缘效应下的平行板式和扭转式静电微执行器的静态Pull-in现象和动态Pull-in现象的机理,并根据龙格库塔算法分别对忽略边缘效应的平行板式和扭转式静电微执行器在阶跃信号和调制信号下的运动进行了仿真。然后,在忽略边缘效应的静电微执行器的Pull-in现象研究基础之上,分析了计及边缘效应的平行板式和扭转式静电微执行器的Pull-in现象,重点研究了计及边缘效应的静电微执行器的动态Pull-in现象,对计及边缘效应的平行板式和扭转式静电微执行器在阶跃信号和调制信号下的运动进行了仿真,并与忽略边缘效应的运动图像进行了对比。最后利用ANSYS软件分别对平行板式和扭转式静电微执行器进行建模与分析,并得到它们的静态Pull-in仿真结果。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-8
第一章绪论  8-13
  1.1 MEMS 概述  8-10
    1.1.1 MEMS 的定义和特点  8-9
    1.1.2 MEMS 的发展  9-10
  1.2 微型执行器概述  10-11
  1.3 静电微执行器Pull-in 现象介绍  11-12
  1.4 本论文的主要内容  12-13
第二章忽略边缘效应的静电微执行器Pull-in 现象  13-29
  2.1 引言  13
  2.2 忽略边缘效应的静态Pull-in 现象  13-17
    2.2.1 平行板式静电微执行器的静态Pull-in 现象  13-15
    2.2.2 扭转式静电微执行器的静态Pull-in 现象  15-17
  2.3 忽略边缘效应的动态Pull-in 现象  17-28
    2.3.1 平行板式静电微执行器的动态Pull-in 现象  17-25
    2.3.2 扭转式静电微执行器的动态Pull-in 现象  25-28
  2.4 本章小结  28-29
第三章计及边缘效应的静电微执行器Pull-in 现象  29-48
  3.1 引言  29
  3.2 计及边缘效应的静态Pull-in 现象  29-32
    3.2.1 平行板式静电执行器静态Pull-in 现象  29-31
    3.2.2 扭转式静电执行器静态Pull-in 现象  31-32
  3.3 计及边缘效应的动态Pull-in 现象  32-47
    3.3.1 平行板式静电执行器动态Pull-in 现象  32-41
    3.3.2 扭转式静电执行器动态Pull-in 现象  41-47
  3.4 本章总结  47-48
第四章 ANSYS 仿真  48-56
  4.1 引言  48
  4.2 平行板式静电微执行器的ANSYS 仿真  48-52
  4.3 扭转式静电微执行器的ANSYS 仿真  52-55
  4.4 本章总结  55-56
第五章总结与展望  56-58
  5.1 工作总结  56
  5.2 展望  56-58
致谢  58-59
参考文献  59-62
作者在硕士研究生期间发表论文情况  62

静电微执行器的Pull-in特性分析

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