中国电子科技集团公司第二十六研究所, 重庆 400060
该文构建了半球谐振陀螺(HRG)谐振子的静电驱动模型，对半球谐振子的1/2倍、1倍、2倍和更高阶频率电压信号的静电驱动力进行了理论推导分析。结果表明，该文得到的半球谐振子仅对其1/2倍、1倍及2倍谐振频率敏感，对其他频率信号不敏感。并推导出施加不同方式驱动电压信号力的大小，为半球谐振陀螺的驱动和闭环电路设计提供了依据。
半球谐振陀螺(HRG) 驱动电压 静电驱动模型 谐振频率 电压信号 hemispherical resonator gyroscopes(HRG) driving voltage electrostatic driving model resonance frequency voltage signal
1 上海大学 材料科学与工程学院, 上海 200433
2 江苏大学 材料科学与工程学院, 江苏 镇江 212013
利用COMOSL多物理场有限元软件, 对无孔、圆形孔、正方形孔、菱形孔四种新型折叠梁形桥面结构Fabry-Perot(F-P)腔可调谐滤波器进行了电压-位移、应力和镜面平整度仿真, 以优选最佳的桥面结构。结果显示, 在相同驱动电压下, 菱形孔桥面的位移最大。同时, 桥面达到相同位移时, 菱形孔桥面所需的驱动电压最小, 并且菱形孔桥面的应力和平整度也能满足滤波器的设计要求。利用Essential Macleod软件对优选出的菱形孔桥面结构滤波器进行了滤波性能分析, 结果表明, 滤波器在3~5μm的光谱调谐范围内, 具有良好的滤波效果, 可以满足低电压驱动和宽调谐范围的要求。
F-P腔 可调谐滤波器 静电驱动 桥面形状 仿真 F-P cavity tunable filter electrostatic drive bridge shape simulation
1 肇庆学院 电子与电气工程学院, 广东 肇庆 526061
2 广东技术师范大学 机电学院, 广东 广州 510665
为了实现对电磁悬浮微镜绕轴向-180°到+180°角度的旋转控制.对该系统所采用的电磁悬浮、静电驱动、转角闭环控制等进行研究。首先, 设计和制造了电磁悬浮微镜的定子和转子结构。接着, 对通过线圈的电流频率、电流大小与悬浮高度的关系进行仿真和实验, 实验结果和仿真结果基本一致。然后, 在分析变电容驱动原理的基础上, 进行旋转控制实验, 说明在按相序通电情况下, 转子能实现旋转。最后, 介绍了采用高精度的电容检测的转角闭环控制系统。实验结果表明: 在激励电流峰-峰值是0.5 A, 激励频率为20 MHz时, 转子悬浮到100 μm高度, 能够实现指定角度的控制, 基本满足电磁悬浮微镜的控制要求。
电磁悬浮 静电驱动 微镜 控制系统 electromagnetic suspension electrostatically drive micro mirror control system
1 中国科学院光电技术研究所，微细加工光学技术国家重点实验室，四川 成都 610209
2 桂林电子科技大学，广西自动检测技术与仪器重点实验室，广西 桂林 541004
3 中国科学院大学，北京 100049
为了满足自适应光学技术更广泛的应用需求，针对传统变形镜体积大、成本高的问题，本文研制了基于微机电系统技术的MEMS变形镜并进行了实验测试。本文研制的变形镜共有140个六边形平行板电容静电驱动器，驱动器为12×12正方形排列，间距400 μm。采用表面MEMS工艺加工了变形镜样品，并利用陶瓷PGA管壳和石英玻璃盖板对样品进行了封装，同时还研制了与之配套的小型化多通道高压驱动电源。测试结果表明，该变形镜表面PV 值411nm，RMS值78 nm，在600 nm 到900 nm 波段的反射率接近80%，行程1.8 μm，交连值约15%，工作带宽13kHz，阶跃响应时间23 μs，具有体积小、成本低、响应快等优势。除了进行了单元性能的测试之外，还开环控制变形镜进行了Zernike 像差的拟合测试，验证了变形镜的校正能力。结果表明，该变形镜能初步满足自适应光学系统的应用需求。
微机电系统 变形镜 自适应光学 静电驱动器 MEMS deformable mirror adaptive optics electrostatic actuator
1 上海大学理学院, 上海 200000
2 中国科学院上海微系统与信息技术研究所传感技术联合国家重点实验室, 上海 200000
为实现调谐范围宽、调谐速度快、带宽窄、驱动电压低以及可批量化生产的可调光学滤波器, 提出了一种新型微机电系统(MEMS)可调光学滤波器。由高反射率可动光学镜面与准直扩束光纤端面组成法布里-珀罗(F-P)腔。通过静电驱动改变F-P腔的腔长以调整滤波器的输出光波长, 分析了可调光学滤波器的波长调谐原理和静电驱动原理, 给出了器件的结构参数和综合设计考虑。利用体硅加工工艺成功制作了可调光学滤波器样品, 并进行了实验测试。实验结果表明, 通过改变准直扩束光纤的初始位置, 3 dB带宽与自由谱域之间具有可调性。该可调光学滤波器兼备了MEMS技术与光纤技术的优点, 并且结构紧凑、工艺简单、驱动电压低, 可用于光通信等场合。
光纤光学 微机电系统 法布里-珀罗腔 可调光滤波器 静电驱动
1 中国科学院光电技术研究所 微细加工光学技术国家重点实验室， 成都 610209
2 电子科技大学 光电信息学院， 成都 610054
3 中国科学院大学，北京 100049
为研究MEMS静电驱动器的场电子发射效应，设计并加工了排斥驱动器和平行板驱动器两种不同结构的静电驱动器，实验测试了电极间漏电流随驱动电压的变化关系，验证了其满足场发射效应的FN理论公式，从而首次观察到静电排斥驱动器的场致电子发射效应。根据测试结果计算得到了所设计的两种MEMS静电驱动器的名义发射面积和场增强因子。由于器件自身的结构设计特征，平行板驱动器相对于排斥驱动器具有更大的名义发射面积和更小的场增强因子。
静电驱动器 场致电子发射 场增强因子 名义发射面积 可靠性 MEMS MEMS electrostatic actuators field electron emission field enhancement factor notional emission area reliability
上海交通大学 电子信息与电气工程学院 微纳电子学系, 薄膜与微细技术教育部重点实验室, 微米纳米加工技术国家级重点实验室, 上海 200240
基于扭臂式静电驱动结构的基本模型, 在忽略和考虑空气阻尼作用的两种情况下, 分别采用能量法和力电耦合分析方法得到扭臂式静电驱动器的pull-in电压。通过对比两种情况下的pull-in电压, 得出了驱动结构参数变化时空气阻尼作用对pull-in电压的影响。结果表明, 在一定范围内, 随着上电极长度、上电极宽度的增加以及上下电极之间间距的减小, 空气阻尼作用对pull-in电压的影响逐步增大; 并且当上电极宽度增大或者上下电极之间间距减小到一定程度时, 空气阻尼作用力甚至可以与驱动的静电力达到同一数量级, 此时必须考虑空气阻尼作用的影响。
扭臂式静电驱动 能量法 力电耦合方法 pull-in电压 空气阻尼 torsion electrostatic micro-actuator energy method electro-mechanical coupling method Pull-in voltage air damping
1 北京航空航天大学 精密光机电一体化技术教育部重点实验室, 北京 100191
2 北京航空航天大学 新型惯性仪表与导航系统技术国防重点学科实验室, 北京 100191
介绍了一种以微米衍射光栅为敏感元件的微机电加速度计敏感头的加工和性能。硅质量块底部加工有铝反射膜, 透明玻璃基底上制作有金微米光栅, 中间为空气腔, 经硅玻璃阳极键合, 构成敏感头的核心敏感部件。光源透过透明基底, 照射在光栅上, 在反射场内会产生一系列衍射级次, 且各级次衍射光强与外界加速度之间呈函数关系。完成了微米光栅加速度计敏感头的加工, 搭建了实验测试平台, 完成了加速度计的灵敏度以及静电驱动性能测试。为未来新型集成式微米光栅加速度计设计和加工提供参考。
加速度传感器 微米光栅 光学干涉 静电驱动 acceleration sensor micro-grating optical interferometry electrostatic actuation 强激光与粒子束
2015, 27(2): 024147
1 中国科学院 光电技术研究所, 微细加工光学技术国家重点实验室, 成都 610209
2 电子科技大学 光电信息学院, 成都 610054
研制了一种基于自组装技术的静电驱动微机电系统(MEMS)倾斜镜,并利用表面硅工艺PolyMUMPs制备了样品。倾斜镜主要由一个中心镜面,两个偏转梁和两个可实现自组装的复合悬臂梁组成。中心镜面离衬底的高度可通过增大金和多晶硅复合悬臂梁的残余应力梯度得到提升。热退火技术被用于提高金层的残余应力。器件结构利用有限元仿真软件进行了优化并通过实验进行了验证。经过200 ℃热退火后,倾斜镜的偏转角度可以达到3.6°。该倾斜镜可运用于微光机电系统。
倾斜镜 微机电系统 静电驱动 自组装 tilting mirror MEMS electrostatic actuation self-assembly 强激光与粒子束
2015, 27(2): 024127
