MEMS扭转微镜温度效应的仿真分析

摘要

MEMS扭转微镜是随着MEMS技术发展起来的一种微型光学器件,在现代光学通讯、投影显示、光谱仪等方面有着广泛的应用。在实际应用过程中,微镜的静态和动态特性,一般会受到环境温度的影响。本文基于不同的扭转微镜的静力学、动力学模型,在微镜特性如何受温度影响的方面,开展了如下研究工作:
　　1)在 MEMS扭转微镜的静态特性方面:从静电力驱动的扭转微镜静态特性力学解析模型出发,通过数值仿真,分析了不同材料、不同尺寸的扭转微镜静态特性受温度的不同影响;并采用对比扭转微镜的静电力矩与机械回复力矩随角度的变化规律的方法,对扭转微镜在保持尺寸参数的前提下,串联电容后,其吸合角的变化规律进行了数值仿真和解析分析。
　　2)在MEMS扭转微镜的动态特性方面:在扭转微镜动态特性的扭转-弯曲模型的基础上,深入分析了微镜材料的杨氏模量、剪切模量、以及空气压膜阻尼系数受温度的影响,并通过数值仿真方法,对扭转微镜的动态特性受温度的影响规律进行了分析;另外,通过仿真计算发现,采用参考模型自适应控制后,可以提高微镜动态特性的鲁棒性,降低了其对温度的敏感程度。
　　本文的研究结论对MEMS扭转微镜的应用,尤其是如何在实际应用过程中降低MEMS扭转微镜受温度的影响方面,提供了有益的理论分析和指导。

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第一章 前 言

1.1 MEMS扭转微镜的研究背景

1.2 MEMS扭转微镜的国内外研究现状

1.3 研究意义

1.4 研究内容与章节安排

第二章 MEMS扭转微镜的静态特性

2.1 引言

2.2 静态模型描述

2.3 仿真与结果分析

2.4 静态特性吸合角的修正

2.5 小结

第三章MEMS扭转微镜的动态特性

3.1 引言

3.2 MEMS扭转微镜的动力学模型

3.3 温度对动力学模型的影响

3.4 微镜动态特性受温度效应的仿真与分析

3.5 小结

第四章 MEMS扭转微镜动态特性的控制校正

4.1 引言

4.2 MEMS扭转微镜运动特性受温度的影响

4.3模型参考自适应控制理论

4.4 引入模型参考自适应控制的微镜运动系统

4.5参考模型自适应控制对扭转微镜动态特性的校正

4.6 小结

第五章 总结与展望

5.1 工作总结

5.2 展望

参考文献

附录

致谢

攻读学位期间的研究成果