支撐梁有誤差的力平衡式微加速度計性能研究.pdf

1、基于靜電驅動與檢測技術的力平衡式微加速度計具有線性度好、動態(tài)范圍大、靈敏度高和可靠性強等優(yōu)點。由于微加工工藝的不完善，微加速度計的實際參數(shù)與設計參數(shù)之間總是存在誤差，比如支撐梁尺寸誤差、梳齒間隙誤差、檢測質量塊質心偏移等。支撐梁誤差的存在將導致支撐梁的抗彎剛度不對稱，進而使得檢測質量塊在沿靜電力的方向作橫向運動的同時還作扭轉運動。這樣的兩自由度復合運動勢必會影響到力平衡式微加速度計的性能。本文提出這個新的研究課題，并對此展開研究。

2、>　　 論文的主要研究工作和結論如下：
　　 (1)以雙端固支梁式的平板電容系統(tǒng)、雙端固支梁式和雙折疊梁式的力平衡式微加速度計三種常見微機電系統(tǒng)(MEMS)結構為例，分析了它們在支撐梁存在誤差的情況下的受力及變形，推出了三種結構抵抗外力作用的等效剛度計算式。研究表明：三種結構都是以二維等效剛度矩陣抵抗外力作用，只是對于不同的結構，等效剛度矩陣的元素計算式不同。等效剛度的計算為分析靜電MEMS的機電耦合特性提供了必備條件。

3、>　　 (2)靜電MEMS產品的性能與系統(tǒng)中的機電耦合特性具有密切的關系。為了研究支撐梁誤差對機電耦合特性的影響，本文建立了單邊平板電容系統(tǒng)和雙邊平板電容系統(tǒng)的兩自由度機電耦合宏模型，分析了兩種系統(tǒng)的機電耦合特性。對于單邊平板電容系統(tǒng)，本文分析了靜電剛度效應，推導了靜電剛度矩陣；分析了系統(tǒng)的靜態(tài)電壓響應，運用優(yōu)化理論計算了靜態(tài)吸附電壓，其結果得到了有限元仿真方法的驗證；除此之外，還分析了系統(tǒng)的動態(tài)電壓響應。研究表明：如果忽略系統(tǒng)中的阻

4、尼影響，系統(tǒng)隨加載電壓的不同表現(xiàn)出不同的運動形式；運用優(yōu)化理論，計算出了動態(tài)吸附電壓。對于雙邊平板電容系統(tǒng)，分析了系統(tǒng)的靜態(tài)電壓響應，并計算出了靜態(tài)吸附電壓。通過這些方面的研究，為力平衡式微加速度計的性能分析奠定了理論和方法基礎。
　　 (3)利用本文所建立的平板電容系統(tǒng)作兩自由度復合運動時的機電耦合理論和分析方法，建立了力平衡式微加速度計作兩自由度復合運動時的機電耦合分析模型，分析了支撐梁誤差對微加速度計的性能影響，包括靈敏度