橫向振動微諧振器的空氣阻尼研究及振動分析.pdf

1、橫向振動微諧振器被廣泛應用在MEMS器件中。由于在微結構中表面積與體積比值急劇增大，微動構件作諧振運動時引起的空氣阻尼也大大增大，微諧振器的性能如諧振頻率、品質因子等直接受空氣的粘性阻尼影響。因此，研究常壓下空氣阻尼效應對MEMS微諧振器性能提高具有重要意義。 本文以靜電驅動橫向振動微諧振器為研究對象，著重探討在諧振過程中，微諧振器作橫向諧振運動所形成的空氣阻尼流場的分析模型和研究方法，計入尺度效應、稀薄氣體效應等因素，考察空氣

2、阻尼效應對微諧振器性能的影響。用靜電驅動微諧振器性能實驗裝置，進行相關工況條件、構件結構參數(shù)的對比實驗研究，揭示微尺度下空氣阻尼運動規(guī)律，并研究在空氣阻尼作用下微諧振器作諧振運動的運動形態(tài)。 本文在Navier-Stokes方程的基礎上，計入稀薄氣體效應和邊界滑移條件，建立了作橫向和縱向諧振運動的空氣阻尼理論模型和相應的研究方法。研究發(fā)現(xiàn)，空氣阻尼效應對橫向振動微諧振器的性能，特別是運動形態(tài)和品質因子影響很大。研究結果表明，在微

3、諧振器振動板與硅襯底間的流場速度分布與Couette流非常相似，而振動板上部流場速度分布與Stokes流動有較大差別。通過作者實驗以及與國外實驗數(shù)據(jù)比較，本文理論模型的計算結果與實驗值非常吻合，證實了理論模型和研究方法的正確可靠。本文建立了微諧振器的動力學模型，并將其與空氣阻尼模型相結合，研究有空氣阻尼作用的微諧振器性能研究分析手段和設計方法。應用ANSYS有限元分析軟件進行微諧振器的性能仿真分析，對微諧振器靜位移仿真分析可以代替實驗中