1 安徽建筑大学 电子与信息工程学院，安徽合肥23060
2 合肥工业大学 仪器科学与光电工程学院，安徽合肥30009
原子力显微镜处于轻敲模式工作于大气环境时，由于悬臂和被测试样间的距离很小，悬臂的振动会产生相应的压膜阻尼，影响悬臂的动态特性。基于欧拉-伯努利梁方程对悬臂梁进行建模，结合雷诺方程建立悬臂阻尼作用的分析模型，研究悬臂压膜阻尼效应的主要影响因素，分析不同谐振模态下压膜阻尼效应对悬臂阻尼系数、动态原子力显微镜的测量特性的影响，并基于多模态原子力显微镜进行了实验和测试。理论及实验结果表明，空气压膜阻尼对于基础谐振模态原子力显微镜的测量特性有一定的影响，在悬臂试样20~2 μm逼近过程中，悬臂品质因数明显降低，两种悬臂振幅分别减少了7.8%和20.6%，悬臂宽度增大则受到的压膜阻尼影响也增加；相同实验条件下，二阶谐振模态下的悬臂品质因数和振幅均没有明显变化。在基础谐振模态下压膜阻尼效应会引起微悬臂品质因数的降低，从而导致原子力显微镜测量分辨率的减小和测量速度的降低；多模态原子力显微镜的高阶谐振模态可显著降低空气压膜阻尼效应对悬臂品质因数及测量特性的影响。
原子力显微镜 压膜阻尼 品质因数 高阶谐振 atomic force microscopy squeeze film damping quality factor higher-order resonant 光学 精密工程
2022, 30(19): 2362
1 中国科学院光电技术研究所, 成都 610209
2 中国科学院研究生院, 北京 100049
3 桂林电子科技大学电子工程学院, 广西桂林 541004
基于非均匀电场可产生静电排斥力的原理, 设计制造了单元尺寸为 300 μm的 MEMS静电排斥型离面驱动器。此驱动器不受静电吸合效应的限制, 行程较传统静电吸引型驱动器有显著提高。利用表面硅工艺完成了该驱动器的加工。为研究静电排斥型驱动器的动态响应特性, 建立了该驱动器的等效模型并利用数值计算方法分析了驱动器的压膜阻尼特性和幅频特性。采用白光干涉仪对微驱动器进行了静态和动态测试, 测试结果表明, 所设计的 MEMS静电排斥驱动器在 100 V的电压下实现了 2.1 μm的驱动位移, 工作带宽为 2 kHz, 具有较快的响应速度。
静电排斥微驱动器 压膜阻尼效应 动态分析 MEMS MEMS electrostatic repulsive micromirror air damping effect dynamic analysis
1 福州大学,电子科学与应用物理系,福建,福州,350002
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,200050
利用有限元模拟方法,对一种高量程MEMS加速度计进行10万g正弦加速度脉冲下的动态冲击响应分析.首先,建立适用于该器件曲面阻尼的分段近似叠加理论模型;随后,采用ANSYS有限元模拟技术分别研究器件阻尼带隙宽度及其阻尼介质特性对器件动态冲击响应特性的影响.器件动态冲击响应实际上是受迫振动与传感器悬臂梁固有频率振动的叠加.当阻尼带隙较小时,输出结果表现为冲击载荷下的受迫振动响应;随着阻尼带隙变宽,悬臂梁固有频率振动渐突显,响应峰值电压也近线性增加,而峰值电压所对应时间则非线性减小.在其它条件相同情况下,阻尼介质粘滞系数越大,响应输出曲线越光滑,但其峰值电压也相应越低.在空气阻尼介质中,过载保护曲面的平移距离控制在0.5～0.65μm范围内,以获取较好的动态响应效果.
高g加速度传感器 压膜阻尼 曲面过载保护 冲击响应
