静电驱动

摘要： MEMS陀螺仪的振动环境性能是制约其应用的重要指标。针对MEMS音叉式陀螺仪,分析了检测电极在驱动运动作用下的变形对陀螺仪振动性能产生影响的机理。建立了振动环境中包含检测电极变形在内的误差信号模型,将误差信号的频率成分与角速率响应信号进行了对比分析。通过对检测质量的受力状态进行优化,降低了检测电极变形的有效值,将振动误差信号的幅度从25 dB降低到9 dB以下,大幅提升了MEMS陀螺仪的振动环境适应性。

摘要： 通过自制静电驱动装置开展对静电现象的理解与认识教学,启发学生思考和探究实验原理,促进学生对静电场中力和能的性质的理解,提高教学效益的同时促进学生物理学科素养的养成与发展。

摘要： 设计了一种应用于激光雷达的二维静电驱动谐振式微机电系统(MEMS)扫描微镜.基于MEMS技术对微镜加工工艺进行设计,简化了电隔离槽制备工艺,利用在绝缘体上硅(SOI)晶圆顶层硅刻蚀微镜结构的同时刻蚀电隔离槽,无需填充绝缘材料,实现动静梳齿的电绝缘;利用SOI晶圆底层硅的背面刻蚀结构,实现机械结构的连接,保证二维微镜结构的完整性.制备出镜面直径为4 mm二维谐振扫描微镜,并运用有限元法模拟微镜谐振频率,其仿真结果与实际测得的结果基本一致.在40,50 V的方波电压驱动下,快轴和慢轴的测量谐振频率分别为1618.2,328.2 Hz,相对应的光学扫描角度分别为16°,21°,并得到在此谐振工作下的李萨如扫描图.

摘要： 在微操作领域,微结构中较大的粘附力使快速精确地发射微小物体成为一个长期的挑战.本文介绍一种用于微型镊子的推杆,利用推杆撞击微小的物体使其获得足够的动能去克服粘附力.文中对推杆的结构进行了设计,采用梳状静电驱动执行器控制推杆动作,利用集总参数建模建立了推杆运动的控制方程,借助MATLAB仿真方法分析了推杆运动运动位移与驱动电压的曲线,仿真结果与理论设计值有较高的一致性.利用本文的推杆结构,可以改善现有微型镊子的缺陷,为亚微米粒子的操作提供了有效的解决方案.文中采用的集总参数建模及仿真分析方法,可供梳齿静电驱动系统设计参考.

摘要： 针对仿昆虫扑翼飞行器核心动力装置——微驱动器的结构特点和研究难点,设计了一种基于静电驱动原理的毫米(mm)级微扑翼驱动器,并针对各个部件研究了整套加工工艺与测试方法.运动优化与升力测试结果表明:微扑翼驱动器(翼展9 mm,重量3 mg)以91 Hz的频率实现了±40°的拍动和±25°的扭转运动,输出1.5 mg的升力,升重较以往静电微扑翼驱动器有大幅提升.研究成果为实现仿昆虫微型飞行器的自主飞行提供了新的方向,并奠定了理论与试验基础.%Insect-inspired flapping-wing micro air vehicles(FMAV)are small in size and with high maneuver. Aiming at problems of structure characteristic and research difficulties of micro actuator,core power device of FMAV,a millimeter-scale electrostatic micro flapping-wing actuator based on electrostatic-actuated principle is designed.Moreover,a series of fabrication and testing methods are also developed.The result of testing shows that the 9mm in wing span and 3mg in weight stroke frequency of actuator is 91 Hz,flapping angle is ±40°,rotating angle is ±25°and lift force is 1.5mg.Lift-to-weight ratio is highly increased compared to previous results.These achievements lead to a new way to realize liftoff of FMAV and lay the foundation for theory and experiment.

摘要： 针对静电驱动组合柔性结构的变形进行分析,考虑静电力分布载荷的基本特征、静电力与组合柔性结构变形之间的耦合作用,依据静电场理论、伪刚体理论以及非线性柔性模型,给出分析不同电压下求解组合柔性结构变形的一般方法,同时给出静电吸合电压的计算式.设计加工了MEMS组合柔性结构,采用文中方法分析静电驱动中组合柔性结构的变形,同时搭建实验测试系统,确定电压加载范围,完成组合柔性结构的变形测试.将实验测试结果与理论计算结果进行对比分析,验证文中分析方法的正确性.%According to combined compliant structures driven by electrostatic force,considering the distributed load of the electrostatic force and the coupling between the electrostatic force and the deformation,based on the theory of electrostatic field theory,the pseudo rigid body and flexible nonlinear model,the deformation analysis method under different driven voltage and the calculation formula about the pull-in voltage were given.The calculation formula of static electricity and the voltage were given at the same time.The MEMS flexible combination structure was designed.Deformation of combined compliant structures driven by electrostatic force was analyzed by the method in this paper.The test system was built and the driven voltage range was determined,the deformation of the combined compliant structure under different driven voltage were tested.By contrasting the theoretical and the test results,the correctness of the analysis method is proved.

摘要： 利用电容两极板间的静电力可促使两极板相互靠近的特点,提出了基于静电驱动的微细电解加工技术,并设计了静电驱动微细电解加工装置.分析了电解液浓度和电源频率对加工间隙的影响,并进行了二维结构、阵列柱状结构的静电驱动电解加工实验.结果表明:采用静电驱动技术实现电极的微进给,能使加工间隙达到微细电解加工的要求;通过控制电源的脉宽和频率,能实现自适应电解加工的目的.%Based on the electrostatic force between the two plates of the capacitor can be used to make the two plates close to each other ,research the electrostatic electrolysis processing and design the electrostatic electrolytic processing device. The effects of electrolyte concentration and power frequency on the gap achieved by processing were analyzed. Two-dimensional structure and array columnar experiment was carried out by electrostatic driving electrolysis. The experiment results show that the use of electrostatic drive technology to achieve the micro-feed electrode ,the spacing can meet the requirements of micro-electrolysis ,and by controlling the power supply pulse width and frequency can also achieve the purpose of adaptive electrolytic processing.

摘要： 纳米线机械性能测试中,常见MEMS器件大都采用焊接或沉积方式固定纳米线,限制了器件寿命和测试重复性.针对焊接方式测试的不足,设计了一种非焊接式纳米线机械性能测试MEMS器件.在静电叉指和支撑梁结构的基础上,设计了利用梁刚度差进行夹紧和拉伸操作的结构,其中设计了V型结构以避免焊接纳米线.利用有限元仿真软件进行了仿真验证,确定了最优结构尺寸,V型缝隙夹角小于22.5°时能满足纳米线机械性能测试要求,所设计器件提高了测试器件的重复利用率.%In researches about mechanical properties of nanowires,welding methods,such as FIB and EBID which are most common methods used to fixed nanowires,reduce devices lifetime and repeatability. In order to overcome the shortcomings of the welding method,a new MEMS device without need of welding or depositing was designed in this paper. Basing on the electrostatic interdigital structure and bearing beam structure,a clamping and stretching structure using the rigidity difference was designed,in which a V-shaped structure is designed to avoid welding or depositing. It was simulated and validated by FEA, and the optimal structure was obtained. When the angle of V-shaped gap is less than 22. 5°, it can meet the requirements of the mechanical properties of nanowires, and improve application repeatability.

摘要： 设计了一种悬臂梁式静电驱动放电装置,使用厚度为30μm的铜箔，尺寸为6 mm×2.5mm的平面电极，使用了极间距离手动调节装置，实现电极的垂直进给，分析了电火花加工过程中弯曲悬臂受力形变以及放电过程,并采用RC脉冲电源进行了放电加工实验,达到了300μm的加工深度，表明基于静电驱动的电火花加工是一种经济实用的微细加工方法.

摘要： 利用最小能量法和均匀压力载荷下的圆薄膜大变形解析解,改进了静电驱动的双腔柔性振膜微泵的理论分析模型。计算结果表明考虑圆薄膜的周向应变,利用均匀压力载荷下的圆薄膜大变形解析解来预测振膜的形状,对微泵的性能有显著的影响,证明了圆薄膜大变形时的周向应变是不可忽略的。讨论了介电层厚度和腔体形状对微泵压缩性能的影响,结果表明减小介电层厚度、减小腔体深度和缩小腔体半径,对静电柔性振膜型微泵性能的提高具有积极意义。

摘要： 对静电驱动压阻检测微机械陀螺仪进行了结构设计并对工作原理进行了介绍. 与硅压阻器件相比，本文利用多势垒纳米膜所具有的压阻效应作为检测方式，实现了较高的压阻灵敏度;采用硅基异质外延砷化镓薄膜工艺进行陀螺结构以及多势垒纳米膜器件的加工，较好地实现了工艺的兼容. 通过对结构进行模态仿真，确定了陀螺的固有频率.

摘要： 根据昆虫的飞行原理,设计了一种用于扑翼飞行机器人的静电驱动扑翼机构。对驱动机构进行模态分析用于确定机构的振动特性。针对静电驱动机构的有限元模型,采用顺序耦合场分析方法研究了系统的机电耦合特性。所得研究结论对静电驱动扑翼机构的设计与应用提供了一定的理论依据。

摘要： 静电驱动的微/纳米梁谐振器在质量、生物化学传感，信号滤波和无线传输等领域因其卓越的性能越来越受到人们的关注。一方面由于它们结构简单易于设计优化，另一方面更重要的是其具有超高的灵敏度和分辨率、低功耗等良好的特性，在微/纳机械系统(MEMS/NEMS)的研究中始终扮演着重要角色。当前人们研究的谐振器的工作频率已达到GHz甚至更高，但研究发现工作在高频段的谐振器具有非常明显的非线性行为。本文从实验上详细分析了静电驱动的亚微米悬臂梁的非线性频率响应特性(“弹簧变软”)，最后引入了一个非线性模型很好地解释了实验中观察到的频率偏移特性并作了进一步的分析和讨论。

摘要： 提出参数激励作用下静电驱动微机电系统(MEMS)中梁式微结构共振传感器的动力学模型，采用多尺度方法对微系统的动力学方程进行摄动分析，探讨直流偏置电压、压膜阻尼和交流激励电压幅值对系统频率响应、共振频率的影响规律，结果表明：直流偏置电压和交流电压幅值都具有软化效应，且使共振频率漂移到较小的数值范围，压膜阻尼对共振频率的影响较小，但是增大压膜阻尼会使稳态振幅的峰值明显下降。

摘要： 静电驱动的梳状谐振器是典型的MEMS 器件,由于它的位移－电压的线性关系良好,所以在微传感器、微机械滤波器以及微位移控制等方面得到广泛应用。梳状谐振器建模的目的是使得设计者在设计阶段就能进行整个微系统的器件分析和性能模拟,对各种参数进行优化,并且能够在制造前检验工艺及掩模的有效性,考虑工艺的变化对性能的影响。论文利用集总参数方法,把谐振子的动态质量折算到振子上,建立了用常微分方程和代数方程描述的宏模型。为梳状谐振器的设计与实现打下了基础。

摘要： 微夹钳是典型的微执行器，随着MEMS工艺的发展，多种类型的微夹钳相继问世。静电驱动微夹钳与压电、压阻、热、电磁等驱动方式相比，具有很多优点，例如驱动简单、响应迅速以及适应性比较好等。尤其是静电驱动与IC集成电路工艺兼容性比较好，利于机电系统的集成。本文设计的微夹钳原形，设计了一种用于胚胎注射过程中的胚胎夹持固定工作的微夹钳。该微夹钳由左、右两个操作臂组成，两臂采用对称的梳齿结构。当在两臂的固定电极和可动电极之间施加驱动电压时，由于静电作用，两操作臂同时向中间运动，夹持操作目标。由于两操作臂都为驱动端，增加了微夹钳的活动范围。

摘要： 本文为了研究静电致动圆板静态和动态特性,在模态分析法的基础上,利用多维非线性函数的Levenberg-Marquardt拟合方法,将板的动能、弹性能和电容写成以模态坐标表示的解析式.结合Hamilton原理,导出静电致动微圆板的动力学特性方程的宏模型.以此为基础研究了板的静态特性及其三角波、方波信号激励下的动态响应.结果表明,模态分析方法能够考虑到残余应力的影响,所建立的动态宏模型不仅大大地减少了计算费用,而且具有足够的仿真精度.

摘要： 文章讨论了单芯片集成加速度计陀螺的结构及其工作原理，并对单结构加速度计陀螺的加速度信号和陀螺信号的分离进行了阐述。在以往的微型惯性测量组合中，加速度计和陀螺是分离的，这样将产生较大的轴间耦合误差。设计了双质量块振动系统，利用一个敏感头同时测量加速度和陀螺信号。在此基础上讨论了陀螺的驱动电路与信号检测电路。

摘要： 半导体集成电路具有静电型致动器、检测电路、存储电路及偏置电路。上述静电型致动器具有上部电极、下部电极及在上述上部电极和上述下部电极间配置的上述绝缘膜。上述检测电路检测上述静电型致动器的上述绝缘膜中所积蓄的上述电荷量。上述存储电路存储由上述检测电路检测的上述电荷量的检测结果。上述偏置电路根据上述存储电路存储的上述检测结果，使用于驱动上述静电型致动器的驱动电压变化。

摘要： 半导体集成电路具有静电型致动器、检测电路、存储电路及偏置电路。上述静电型致动器具有上部电极、下部电极及在上述上部电极和上述下部电极间配置的上述绝缘膜。上述检测电路检测上述静电型致动器的上述绝缘膜中所积蓄的上述电荷量。上述存储电路存储由上述检测电路检测的上述电荷量的检测结果。上述偏置电路根据上述存储电路存储的上述检测结果，使用于驱动上述静电型致动器的驱动电压变化。

摘要： 本发明提供静电驱动器以及静电驱动器的制造方法。静电驱动器具备：多个第一电极板，以第一图案在一方的面上涂敷有粘合剂；以及多个第二电极板，以与第一图案不同的第二图案在一方的面上涂敷粘合剂，第一电极板与第二电极板不使涂敷有粘合剂的面对置地交替层叠。

摘要： 本发明涉及一种用于运行静电驱动装置的方法，该静电驱动装置具有定子电极(50)和致动器电极(52)，它们由多层电极构成，其中该致动器电极(52)在其无电压的初始位置中在定子电极子单元(50b，50c)与致动器电极子单元(52b，52c)之间没有施加电压的情况下这样相对于定子电极(50)设置，使得第一致动器电极子单元(52b)比第二致动器电极子单元(52c)具有更小的至第一定子电极子单元(50b)的距离，具有步骤：通过将第一电位(∏1)施加到第一定子电极子单元(50b)上并且将与第一电位(∏1)不同的第二电位(∏2)施加到第一致动器电极子单元(52b)上，并且将不同于第一电位(∏1)和第二电位(∏2)的第三电位(∏3)施加到第二定子电极子单元(50c)和第二致动器电极子单元(52c)上，使致动器电极(52)相对于定子电极(50)从其无电压的初始位置预偏移到第一终端位置。

摘要： 通过抑制静电驱动器的接通电压和断开电压等工作电压特性的变动，防止向静电驱动器施加额定电压时，静电驱动器不接通，或断开驱动电压时，静电驱动器不断开的现象。相对置地设置固定电极30和可动电极38，在固定电极30的表面形成绝缘膜31。绝缘膜31以氮化膜(SiN)37为主要材料构成，在氮化膜37的正反两面形成氧化膜(SiO2)39、48。在绝缘膜31的上表面与可动电极38对置的区域设置有多个突起32。绝缘膜31的带电量主要由氧化膜48的膜厚决定，使用氮化膜47是为确保耐压特性等所需的必要膜厚。

摘要： 本发明提供静电驱动器以及静电驱动器的制造方法。静电驱动器具备：多个第一电极板，以第一图案在一方的面上涂敷有粘合剂；以及多个第二电极板，以与第一图案不同的第二图案在一方的面上涂敷粘合剂，第一电极板与第二电极板不使涂敷有粘合剂的面对置地交替层叠。

摘要： 本发明涉及一种用于运行静电驱动装置的方法，该静电驱动装置具有定子电极(50)和致动器电极(52)，它们由多层电极构成，其中该致动器电极(52)在其无电压的初始位置中在定子电极子单元(50b，50c)与致动器电极子单元(52b，52c)之间没有施加电压的情况下这样相对于定子电极(50)设置，使得第一致动器电极子单元(52b)比第二致动器电极子单元(52c)具有更小的至第一定子电极子单元(50b)的距离，具有步骤：通过将第一电位(∏1)施加到第一定子电极子单元(50b)上并且将与第一电位(∏1)不同的第二电位(∏2)施加到第一致动器电极子单元(52b)上，并且将不同于第一电位(∏1)和第二电位(∏2)的第三电位(∏3)施加到第二定子电极子单元(50c)和第二致动器电极子单元(52c)上，使致动器电极(52)相对于定子电极(50)从其无电压的初始位置预偏移到第一终端位置。

摘要： 本发明涉及一种静电驱动器，包括：一个内框架(16)；至少一个包围内框架的中间框架(14)；和一个包围内框架(12)和所述至少一个中间框架(14)的外框架(12)；其中，内、中间和外框架(12，14，16)中每两个相邻的框架(12，14，16)通过至少一个弹簧元件(22，24，26)相互连接，所述弹簧元件(22，24，26)，通过它们将内、中间和外框架(12，14，16)的每两个相邻的框架(12，14，16)相互连接，被这样地设置，使得所述弹簧元件(22，24，26)的纵向方向位于一个共同的弹簧纵向轴线(28)上，以及直接在内框架(16)、所述至少一个中间框架(14)和外框架(12)的平行于弹簧纵向轴线(28)定向的框架梁(12a，14a，16a)上设有电极指。本发明同样涉及一种用于静电驱动器的制造方法。本发明还涉及一种微机械部件(10)和用于微机械部件(10)的制造方法。

摘要： 本发明公开一种由静电驱动继电器的方法，包括电荷提供、静电贮存、泄放开关、脉冲控制电路及继电器，其特征在于整个电路待机电流为零，具备静电特有的高电压、低电量的特性；利用静电放电时时间短、功率大、能量小，在线包内产生的瞬时磁通量大的原理，使衔铁受线圈产生的短暂的强大的吸合力而动作，本发明同时还公开了一种由静电驱动的机械开关，所述静电驱动的机械开关也工作在零电流待机状态。

摘要： 本实用新型涉及一种基于静电驱动的扇叶、微型静电风扇和混合驱动的扇叶，扇叶设置在转轴上，扇叶周围设置有外壳，所述外壳的内表面上间隔布置若干正电极和负电极，所述扇叶靠近所述正电极、负电极的叶尖处能导电，通过对所述正电极、所述负电极施加电压后形成静电场从而产生静电力，利用静电力驱动所述扇叶转动。静电驱动工作电压较高、工作电流较小，因此耗能少、具有更高的能量转换率，通过调整正、负电极的数量，产生更大的静电力，进一步提高静电驱动扇叶的输出功率。静电驱动可单独使用也可和电机驱动混合使用，从而改善电机的工作条件，获得比单一驱动源更高的功率密度与能量转换效率。