新型MEMS可变光衰减器的微磁执行器

探讨了新型可变光衰减器－光纤横向偏移型MEMS可变光衰减器的微磁驱动方式，从理论上分析了微磁执行器设计时应遵从的原理，讨论和设计了微磁执行器的各个参数，新开发了结合使用正胶（AZ－4000系列）和负胶（SU－8系列）的UV－LIGA工艺：在制作了光纤定位槽的基片上溅射Cr/Cu作为电镀种子层，涂布正胶，紫外光刻得到电镀模具，电镀Cu和FeNi分别得到线圈的下层、中层和上层以及铁芯；在完成下层和中层后，分别进行一次负胶工艺以形成电绝缘层和后续结构的支撑平台，即涂布负胶覆盖较下层结构，光刻开出了通往较上一层的通道并使SU－8聚合、交联以满足性能要求。并运用该工艺实现了微磁执行器。     

微执行器的研究与展望

在微机电系统中,微执行器是核心部件。为了优化设计微执行器,通过对比近年来各种微执行器的研究和发展,系统地总结了线性位移微执行器所采用的驱动原理、驱动方式和应用以及存在的优缺点等。针对热执行器,提出了个人的一些见解。     

一种微电磁驱动的MEMS可调光衰减器

介绍了一种电磁驱动型MEMS可调光衰减器,该器件通过调节微挡光片在光路中的位置控制衰减量.以铜作为牺牲层,由电镀铁镍作为结构层的非硅表面微加工微技术被应用于挡光片的制作上,此项技术与硅的体加工技术相结合有望降低器件的加工成本.此外,还分析了该可调光衰减器的衰减机理,理论计算结果与实验数据基本吻合.实验测得样机性能为,插入损耗低于3 dB,动态范围大于40 dB,回波损耗大于40 dB.     

电磁驱动MEMS可调式光衰减器的设计

设计了一种由电磁驱动的微机械可调式光衰减器。这种光衰减器是由电磁驱动插在两对准单模光纤间隙中的挡光片来实现光功率的衰减。并对该衰减器的插入损耗、光衰减量以及电磁驱动器的性能进行了分析。     

电磁型微马达的微转子研究

简要介绍了直径２ｍｍ电磁型微马达的结构和磁路。对微转子的设计和加工,多微磁极的写（充）入和均匀性进行分析和讨论。测量了不同充磁条件下的微转子剩余磁化强度和微转子之间的吸力。     

一种MEMS热微执行器的设计与制作

介绍了基于热膨胀效应的V型梁MEMS微执行器并联阵列结构,并对其进行结构设计、仿真和制作;为确定微执行器的结构参数同其位移和驱动力的关系,对V型悬臂梁进行了理论分析;为提高位移和驱动力,运用ANSYS对微执行器进行有限元分析,优化结构参数;根据模拟结果,采用SOI硅片和微细加工DRIE技术制作了这种V型梁微执行器并联阵列。     

负载刚度对电热微执行器输出性能的影响分析

针对微机电系统中电热微执行器和位移放大机构都具有柔性的事实,从理论上分析了作为负载系统的柔性位移放大机构对微执行器输出位移的影响,并用有限元方法对二者的工作性能进行了仿真.结果表明,电热微执行器外接负载的刚度和执行器本身刚度的比值是影响整个组合器件性能的重要因素.最后用深层反应离子刻蚀技术(DRIE)在硅隔离衬底(SOI)上加工了电热微执行器和柔性位移放大机构,并对其进行了测试,测试结果与有限元分析结果符合得很好.     

双向横向热执行器结构设计

在传统非对称冷热梁结构横向热执行器的基础上,提出了一种能实现双向横向运动的热执行器.采用对称结构设计,主要由折叠柔性梁、直柔性梁、宽梁和连接梁构成,通过选择加热臂,可以控制结构的偏转方向,实现双向推挽运动.在典型尺寸下,仿真结果显示,在20 mW驱动作用下,产生的末端位移9.55 μm,驱动力9.4μN,其性能与单向横向执行器相当.同时还进行了结构优化分析.     

双层弯曲热执行器的有限元分析

研究了一种由多晶硅电阻、硅和金属层构成的双层弯曲热执行器。利用有限元方法计算了该执行器的纵向偏转和温度分布。为了提高精度,本文提出了一种三层结构的有限元模型,当用厚度为1μm的硅和0郾5μm厚的铝薄膜构成执行器时,在5V电压的驱动下可以获得最大位移为25郾62μm。由有限元分析还可以得到温度分布,最后和实验结果进行了比较,并讨论了误差产生的原因。     

微器件操作末端执行器研究现状

微纳制造技术和微机电系统(MEMS)的迅猛发展,推动了微器件向微型化、集成化、多功能化方向发展。微器件操作末端执行器是微操作工具与微器件直接作用的部件,具有重要研究意义。综述了微器件操作末端执行器的研究现状和成果;对国内外微器件操作末端执行器进行了汇总和分类;对微器件操作末端执行器的工作原理和结构进行了介绍;基于对接触式和非接触式末端执行器研究现状的总结,分析了各种末端执行器的优势和局限。最后,讨论了微器件操作末端执行器的应用现状和面临的挑战,并对末端执行器的发展进行了展望。该研究为微器件操作末端执行器的选取和开发提供了技术参考。     

静电驱动光开关的结构设计与驱动电压分析

对静电驱动光开关的驱动结构进行了研究分析,对比分析了采用平面下电极和倾斜下电极两种驱动结构光开关的驱动电压。采用倾斜下电极光开关的pull-in电压较低,在此基础之上,提出了一种双倾斜电极三明治驱动结构光开关。在微反射镜偏移相同距离时,该种驱动结构光开关的pull-in电压更低,从而能够更进一步地提高光开关的性能。     

射电望远镜主动面促动器的电磁辐射分析

主动面控制技术是当前大口径、高精度射电望远镜广泛使用的主动补偿技术,其包含的促动器在补偿面形精度的同时也辐射电磁波并影响射电天文观测。文中结合目前研究现状,对极低电磁辐射要求下的促动器进行辐射源分析,重点针对促动器控制板上信号建立数学模型,并选取晶振回路计算,合理设定印制板及器件的参数,通过Ansys 软件进行频域有限元分析,得到控制板晶振回路的辐射结果和规律。用近场测试验证了文中方法的有效性。该研究为促动器控制板的电磁兼容优化设计提供了验证方法,为降低主动面控制系统的电磁辐射奠定了基础。     

高能量密度微电磁驱动器的制作方法

提出了一种非闭合磁路型高能量密度微电磁驱动器的制作方法,即利用MEMS工艺在单位面积硅基体上制作多匝、高深宽比的平面线圈和高厚度的磁芯.通过先面电铸再线电铸的方式,以及动态控制电铸电流密度的方法进行平面线圈的制作;通过改变衬底表面粗糙度和种子层厚度的方法,改善合金镀层与衬底的粘附性能,可以在单位面积的硅片上,制作出厚度更大的磁性合金镀层.初步实验结果表明：该微型电磁驱动器在相同的输入功率下,比同类其他微电磁驱动器,能产生更大的电磁驱动力,具有更高的能量密度.     

高能量密度微电磁驱动器的制作方法

提出了一种非闭合磁路型高能量密度微电磁驱动器的制作方法,即利用MEMS工艺在单位面积硅基体上制作多匝、高深宽比.的平面线圈和高厚度的磁芯.通过先面电铸再线电铸的方式,以及动态控制电铸电流密度的方法进行平面线圈的制作;通过改变衬底表面粗糙度和种子层厚度的方法,改善合金镀层与衬底的粘附性能.可以在单位面积的硅片上,制作出厚度更大的磁性合金镀层.初步实验结果表明:该微型电磁驱动器在相同的输入功率下,比同类其他微电磁驱动器,能产生更大的电磁驱动力,具有更高的能量密度.     

基于声表面波的微驱动技术的发展

基于声表面波技术近年来在微驱动技术领域快速发展的现状以及声表面波器件在生物、医疗、片上实验室等领域具有广阔应用前景的重要意义,就近几年来声表面波微驱动器的最新应用做了简要总结,介绍了声表面波,包括叉指换能器的结构和声表面波产生原理。着重介绍了声表面波在新型器件方面的多种最新应用,主要包括微流体加热、微流体雾化、微粒集聚/混合、微流体驱动、线性固体驱动以及平面固体驱动等,并分析了目前研究过程中存在的一些技术难点和解决方案。     

电磁式操纵负荷系统的设计与实现

提出了一种新型的飞行模拟器操纵负荷仿真系统。依据电磁学的有关知识研制了电磁作动筒,并将电磁作动筒作为飞行模拟器操纵负荷仿真系统的力伺服系统,构成了电磁式力伺服加载方式的飞机纵向操纵负荷仿真系统。试验验证结果和实际应用表明,该系统具有仿真精度高、快速性好等特点,负载力模型和参数易于修改,可适应不同仿真对象和不同工作模式下负载力特性变化的要求,能广泛地应用于飞行模拟器的操纵力负荷仿真系统中。该方法还可用于飞机横向操纵负载力及脚蹬力的仿真。     

Miniature Soft Electromagnetic Actuators for Robotic Applications

Electromagnetic actuators (EMAs) serve the majority of motion control needs in fields ranging from industrial robotics to automotive systems and biomedical devices, due to their unmatched combination of speed, precision, force, and scalability. This paper describes the design and fabrication of miniature soft EMAs that operate based on the Lorentz force principle. The actuators are fabricated from silicone polymer, liquid metal (LM) alloy (eutectic gallium indium, EGaIn), and magnetic (NdFeB) powder. They are small, intrinsically deformable, and can be fabricated using simple techniques. The central elements of the actuators are fine, 3D helical coil conductors, which are used as electromagnetic inductors. The coils are formed from stretchable filaments that are filled with a LM alloy. To achieve high power densities, the filaments themselves may be fabricated from colloids of EGaIn microdroplets in a silicone polymer matrix, allowing them to dissipate heat and accommodate high currents, and thus high forces. Millimeter‐scale cylindrical actuators are demonstrated for linear high frequency motion and articulated devices for bending motion. These actuators are applied in a vibrotactile feedback display and in a miniature soft robotic gripper.     

压电振子结构参数对微雾化器耦合特性的影响

针对微雾化器存在的多能域能量耦合问题,建立了压电微雾化器的固-液-声耦合模型,对其耦合特性进行了数值计算,并着重分析了压电振子结构参数对耦合性的影响,得到了压电振子结构参数对于系统的结构振动、声压力波特性的影响规律。结果表明,由于液体层与固体的耦合作用,压电振子振动的同时,喷孔膜也产生振动,而且两者之间存在相位关系;压电振子的结构参数直接影响结构的耦合性、谐振频率大小以及背膜与喷孔膜的相位差,并且存在最佳的直径比和厚度比。因此,微雾化器设计时只考虑压电振子的振幅是不全面的,必须同时考虑喷孔膜的振动以及与背膜的相位关系,新的设计原则可为微雾化器的优化设计提供指导依据。     

两种新型压电作动器在振动控制中的应用研究

对弓型压电片作动器(APA)和Π型压电堆作动器(PISA)两种新型压电作动器在振动控制中的应用进行了研究,并给出了两作动器的输出作动弯矩与驱动电压的关系式.将它们应用于一垂尾模型的第1阶弯曲(一弯)和第1阶扭转(一扭)模态响应控制中,建立了该压电主动振动控制系统的状态空间模型,采用二次最优控制(LQR)策略设计控制器,并进行了控制系统的闭环仿真.结果表明,APA在垂尾模型一弯一扭模态控制中的性能优于PISA.