考虑边缘效应的MEMS梳齿谐振器的静动力学特性分析

摘要

MEMS梳齿谐振器是一种高精度微机械电子元件,广泛应用在航天航空、精密测量、国防军事、通讯等领域,其静动力学问题受到研究人员的广泛关注.静电激励力是研究MEMS动力学的基础,但由于梳齿高纵深比的结构特性,其静电力存在很强的边缘效应现象.采用最小二乘法拟合了在边缘效应基础上梳齿结构静电力的模型,分析了边缘效应对MEMS梳齿谐振器动力学行为的影响.探讨了梳齿微谐振器的横向稳定性、谐振频率、软硬特性的区分标准以及线性过渡现象的参数表达式.结果表明:边缘效应模型导致系统稳定区间减小,经典模型高估了微梳齿谐振器的振动稳定性;边缘效应会导致系统固有频率的减小,软化行为增强,线性过渡电压减小;随着梳齿初始间距的增大,系统的线性过渡下的最优设计电压逐渐变大,对应谐振频率逐渐减小.