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斜梁型电热微致动器的输出位移计算及实验
  • ISSN号:1004-924X
  • 期刊名称:光学精密工程
  • 时间:2013.12.12
  • 页码:3080-3086
  • 分类:TH703[机械工程—仪器科学与技术;机械工程—精密仪器及机械] TM924.1[电气工程—电力电子与电力传动]
  • 作者机构:[1]上海大学机械自动化工程系,上海200072
  • 相关基金:国家自然科学基金资助项目(No.51075249);上海市重点实验室资助项目(No.3ZK1101)
  • 相关项目:MEMS典型机构的传动特性与失效机理分析
中文摘要:

为了计算斜梁型电热微致动器的输出位移,基于电-热分析和热平衡原理建立了电热微致动器的电热耦合稳态传热方程.对热-结构进行了分析,运用力法原理建立了微致动器的位移计算模型.然后,用有限元法和实际测试对比验证了温度分布和输出位移的理论值,得到了一致性很好的结果.最后,分析了微致动器输出位移的保持性和重复性,以及结构参数和工艺对微致动器输出位移的影响.分析表明:斜梁的长宽比和倾角是影响微致动器输出位移的主要参数,工艺对输出位移有影响.实验结果表明:9V和18V电压下,微致动器的最大位移分别为0.85 μm和2.3 μm,与理论计算结果相对误差为2.2%和12.8%,实测值与理论值误差较小,表明本文推导的斜梁型电热微致动器的输出位移计算公式合理,能够为该类微致动器的设计和计算提供理论依据.

英文摘要:

To calculate the displacement of an inclined beam-type electrothermal microactuator,a multiphysics coupling model was established based on the electro-thermal and thermo-mechanical analysis.The thermal structure was analyzed,and the output displacement formula was obtained using the force method.For the purpose of proving the accuracy of the model,a comparison was performed.The comparison shows that the theoretical results of temperature profile and output displacement are in agreement well with the results of Finite Element Analysis(FEA) and experimental measurements.Finally,the output displacement repeatability and reproducibility were measured and the main factors influencing the output displacement of the microactuator were analyzed.Obtained results indicate that the ratio of length to width and the angle of the inclined beam are main influence factors on the output displacement and the different MEMS processes have obviously effects on the output displacement of the microactuator.Experimental results also show that the maximal displacement of the microactuator is 0.85μm and 2.3μm under the voltage of 18 V and 9 V,which means the relative errors with the results of theoretical calculation are 2.2% and 12.8% respectively.The above analysis indicates that the theoretic calculation values are coincident well with the measured values and the formulas deduced from the inclined beam-type electrothermal microactuator are logical,which can provide theoretical supports for the design and calculation of electrothermal microactuators.

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期刊信息
  • 《光学精密工程》
  • 北大核心期刊(2011版)
  • 主管单位:中国科学院
  • 主办单位:中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 中国仪器仪表学会
  • 主编:曹健林
  • 地址:长春市东南湖大路3888号
  • 邮编:130033
  • 邮箱:gxjmgc@sina.com;gxjmgc@ciomp.ac.cn
  • 电话:0431-86176855 84613409传
  • 国际标准刊号:ISSN:1004-924X
  • 国内统一刊号:ISSN:22-1198/TH
  • 邮发代号:12-166
  • 获奖情况:
  • 三次获得“百种中国杰出学术期刊”,2006年获得中国科协择优支持基金,2007年获“吉林省新闻出版精品期刊奖”,2008年获“中国精品科技期刊”,2012年《光学精密工程》看在的3篇论文获得中国百...,第三届中国出版政府奖提名奖
  • 国内外数据库收录:
  • 俄罗斯文摘杂志,美国化学文摘(网络版),荷兰文摘与引文数据库,美国工程索引,美国剑桥科学文摘,英国科学文摘数据库,日本日本科学技术振兴机构数据库,中国中国科技核心期刊,中国北大核心期刊(2004版),中国北大核心期刊(2008版),中国北大核心期刊(2011版),中国北大核心期刊(2014版)
  • 被引量:22699