串联电容对MEMS扭转微镜吸合角的影响.pdf

《串联电容对MEMS扭转微镜吸合角的影响.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、2014征仪表技术与传感器2014第4期InstrumentTechniqueandSensorNo．4串联电容对MEMS扭转微镜吸合角的影响罗伟，杨国珂，叶坤涛(江西理工大学理学院，江西赣州341000)摘要：采用对比扭转微镜的静电力矩与机械回复力矩随角度的变化规律的方法，对串联电容后，扭转微镜吸合角的变化规律进行了数值仿真和解析分析。结果表明：扭转微镜在保持尺寸参数的前提下，串联电容后，其吸合角增大，系统稳定性提高；串联的电容值不同，扭转微镜的吸合角也不同，且随着串联电容值的增大，吸合角逐渐减小。为扭转微镜在尺寸参数已经固定的情况下，如何扩展其偏转角范围提供了理论指导

2、。关键词：微机电；扭转微镜；电容；吸舍角中图分类号：TP21l文献标识码：A文章编号：1002—1841(2014)04—0098—04InfluentofSeriesCapacitoronPull·inAngleofMEMSTorsionalMicromirrorLUOWei，YANGGuo—ke，YEKun—tao(JiangxiUniversityofScienceandTechnology，CollegeofScience，Ganzhou341000，China)Abstract：Thepull—inangleofMEMStorsionalmieromirrorw

3、asstudiedthroughamethodofcomparingtheelectrostatictorquevs．tiltangleandmechanicaltorqueVS．tiltangle．Theinfluentofseriescapacitoronpull—inanglewasanalyzednumericallyandan-alytieally，onthepremiseofkeepingthesizeparametersofMEMStorsionalmicromirror．Theresultsshowthattheseriescapacitorexpands

4、thepull—inangleSOastoimprovethestabilityofMEMStorsionalmicromirror，andthepull-inangleincreaseswithseriescapacitances．IthelpsonexpandingtherangeoftiltangleofMEMStorsionalmieromirror．Keywords：MEMS；torsionalmieromirror；capacitor；pull—inangle0引言与偏转角的关系只与该器件的几何结构有关。随着微机电系统(MEMS)技术发展，静电力驱动的扭转上述

5、研究都关注了影响扭转微镜吸合角的尺寸因素，都发微镜逐渐广泛应用于投影显示、光谱仪J、现代光通信等现如果扭转微镜的几何尺寸确定，扭转微镜的吸合角就确定。方面。从上世纪八十年代末开始，研究人员开展了对静电力驱而吸合角是扭转微镜在使用过程中可偏转的最大角度，它确定动的扭转微镜的制作工艺、运动特性以及应用等方面的研究，了扭转微镜的使用范围，是扭转微镜的一个重要性能指发现了吸合效应，并利用物理模型对其吸合角进行了深入研标。目前，技术人员主要是通过改变扭转微镜的几何结构究。来调整这一角度，以满足实际需要。对静电力驱动的扭转微镜吸合角的理论分析主要是通过1997年，J．I．Seeger

6、“曾提出通过给平行板静电驱动器确定极间电场的静电力矩与机械回复力矩之间的平衡关系来串联一个电容，引入电容负反馈的方式，来改善平行板静电驱进行的。其中采用的静电力矩的计算方法有2种，一种是动器的系统稳定性和加大驱动距离，且2000年，E．K．Chan通过力矩的定义用微元法求解。，另一种是采用虚功原理，更深入地研究了串联电容对平行板静电驱动器的影响。受此通过扭转微镜的极间静电能和静电力矩的关系来求解。启发，该研究对扭转微镜在串接电容后，其吸合角的变化进行0．Degani在1998年建立了吸合电压与吸合角计算的物了仿真分析。并且对仿真结果进行了理论上的解释。研究表理模型，发现吸

7、合角、吸合电压，与弹簧弹性系数无关，只与扭明，引入串接电容后，扭转微镜的吸合角增大，系统稳定性提转微镜的结构参数有关；1999年，G．J．sul6对不同极板间距的高，扩展了固定尺寸扭转微镜的转角范围。微镜，分析了其驱动电压与偏转角度的关系，发现改变极板间1MEMS扭转微镜的吸合角距可以改变扭转微镜的吸合角，结论与文献5相符；2001年，x．静电力驱动的扭转微镜结构的三维示意图，如图1所示。M．Zhang通过求解驱动电压与偏转角度的关系式的极值点，扭转微镜由微镜面、悬臂梁(扭转梁)和基底构成。当给扭转微数值计算扭转微镜的吸合角，