考虑边缘效应的静电驱动MEMS振子非线性振动定性研究

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作者 李佰洲 韩建鑫 +1 位作者 黄仪 崔良玉 《振动与冲击》 北大核心 2025年第1期10-19,共10页

应用非线性动力学理论定性研究了考虑边缘效应的静电驱动微机电系统(micro-electromechanical system,MEMS)振子的非线性主共振问题。首先,应用微分求积法的空间离散处理得到了系统的单自由度动力学方程;其次,应用分岔理论研究了系统的... 应用非线性动力学理论定性研究了考虑边缘效应的静电驱动微机电系统(micro-electromechanical system,MEMS)振子的非线性主共振问题。首先,应用微分求积法的空间离散处理得到了系统的单自由度动力学方程;其次,应用分岔理论研究了系统的静态分岔特征,推导并定义了无量纲临界立方刚度、一次吸合电压和二次吸合电压;然后,应用多尺度方法得到了系统的频响函数,定义了小幅振动频响软硬特性转换的无量纲临界电压;最后,结合动态吸合条件与软硬转换临界控制方程,讨论了系统的主共振以及阱间跳跃的动态规律。该研究对于定性掌握静电驱动MEMS振子的静动态吸合及主共振响应规律具有理论及工程参考价值。 展开更多

关键词 微机电系统(mems)振子非线性振动 分岔 吸合 边缘效应

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线振动MEMS陀螺结构振动非线性特性研究

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作者 苟元东 王学锋 +1 位作者 庄海涵 邢朝洋 《传感器与微系统》 CSCD 2018年第3期7-10,共4页

针对一种线振动微机电系统(MEMS)陀螺结构的振动非线性开展研究,利用理论方法推导、有限元仿真和扫频数据拟合得到了陀螺结构的非线性系数,根据达芬方程推导计算出非线性迟滞效应消失的临界激励以及对应的振幅阈值,为陀螺结构设计提供... 针对一种线振动微机电系统(MEMS)陀螺结构的振动非线性开展研究,利用理论方法推导、有限元仿真和扫频数据拟合得到了陀螺结构的非线性系数,根据达芬方程推导计算出非线性迟滞效应消失的临界激励以及对应的振幅阈值,为陀螺结构设计提供了理论指导。实验结果表明:非线性迟滞效应消失点和理论值相吻合。 展开更多

关键词 微机电系统陀螺 振动非线性 迟滞效应

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微机械角振动谐振器在低气压下的非线性振动 被引量：7

3

作者 陈志勇 周斌 张嵘 《仪器仪表学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第11期2481-2487,共7页

本文研究气压对微机械角振动谐振器振动特性的影响。基于谐振器的梁的弹性力矩和角位移之间的3次多项式关系,建立了谐振器非线性振动方程。给出了谐振器自然频率与振幅的关系和频率响应特性与振幅关系的理论解。测试了在大气压、1100Pa... 本文研究气压对微机械角振动谐振器振动特性的影响。基于谐振器的梁的弹性力矩和角位移之间的3次多项式关系,建立了谐振器非线性振动方程。给出了谐振器自然频率与振幅的关系和频率响应特性与振幅关系的理论解。测试了在大气压、1100Pa和130Pa下谐振器的频率响应曲线。通过对大气压下振动频率特性的分析,得到了非线性振动方程的基本参数,将这些参数和低气压小振幅下的品质因数代入频率特性的理论解,推算出的低气压大振幅下的频率特性与实测曲线符合。随着气压的降低,谐振器振动频率响应的非线性程度增大。 展开更多

关键词 微机电系统 谐振器 非线性振动 气压

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振动能量拾取MEMS压电式微能源研究 被引量：3

4

作者 杨杰 燕乐 +3 位作者 许卓 李惠琴 陈东红 丑修建 《压电与声光》 CSCD 北大核心 2015年第2期320-323,共4页

设计并制作了一种"四悬臂梁-中心质量块"结构的振动能量拾取微机电系统(MEMS)压电式微能源,实现了环境振动能量向电能的转换。首先利用溶胶-凝胶工艺完成锆钛酸铅(PbZrxTi1-xO3,PZT)压电薄膜的异质集成制备;然后通过MEMS工艺... 设计并制作了一种"四悬臂梁-中心质量块"结构的振动能量拾取微机电系统(MEMS)压电式微能源,实现了环境振动能量向电能的转换。首先利用溶胶-凝胶工艺完成锆钛酸铅(PbZrxTi1-xO3,PZT)压电薄膜的异质集成制备;然后通过MEMS工艺和引线键合技术进行器件基础结构的集成制造;最后借助振动测试系统对该器件的各项输出性能进行测试。测试结果表明,8Hz谐振频率工作状态下,该压电式微能源器件的输出电压峰-峰值随着加速度激励的增加呈线性增大,当加速度激励为10 m/s2时,该能量采集器件的输出电压峰-峰值为82.4mV。在器件两端加载2.0 MΩ的负载时,器件输出功率密度达最大值(为2.074 3μW/cm3)。 展开更多

关键词 压电效应 微机电系统(mems) 振动 微能源 输出性能

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MEMS谐振器刚度非线性特性及其表征 被引量：3

5

作者 王玉朝 余才佳 +1 位作者 田蕊 滕霖 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第11期3114-3120,共7页

为了准确表征微电子机械系统(MEMS)谐振器在大振幅运动时的行为特性,建立了刚度非线性MEMS谐振器集总参数模型,并创建了一整套MEMS谐振器非线性特性的表征方法和测试系统。搭建了基于锁相环和自动增益控制的MEMS谐振器闭环工作电路,分... 为了准确表征微电子机械系统(MEMS)谐振器在大振幅运动时的行为特性,建立了刚度非线性MEMS谐振器集总参数模型,并创建了一整套MEMS谐振器非线性特性的表征方法和测试系统。搭建了基于锁相环和自动增益控制的MEMS谐振器闭环工作电路,分析了不同驱动振幅下,MEMS谐振器的工作状态。推导建立了工作振幅、工作频率与MEMS谐振器刚度非线性之间的数量关系。最后,基于衰减模式和稳定振荡模式两种工作形态,实际测量了MEMS谐振器的无阻尼自然谐振频率和刚度非线性。结果显示:无阻尼自然谐振频率和刚度非线性系数的测量重复性分别为18.6×10-6和1.50%。针对实测的MEMS谐振器无激励振幅自衰减曲线,分别用理想二阶系统谐振器模型和刚度非线性谐振器模型进行残差分析。结果显示后者的残差要比前者的残差小9.5%,表明刚度非线性MEMS谐振器模型更接近真实情况,也验证了该刚度非线性特性表征方法的准确性。基于该方法,测量了MEMS谐振器刚度非线性系数和无阻尼自然谐振频率的温度特性,得到的无阻尼自然谐振频率的温度系数为-0.487Hz/℃,线性拟合度达99.964%。 展开更多

关键词 微机电系统(mems) mems谐振器 刚度非线性 自然谐振频率 锁相环 自动增益控制

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MEMS加速度传感器的工程振动监测系统设计 被引量：13

6

作者 潘兆马 王珣 +3 位作者 袁焦 刘勇 杨学锋 姚书琴 《传感器与微系统》 CSCD 北大核心 2021年第4期86-89,共4页

为解决高速铁路工程结构服役性能下降,影响列车运营安全与舒适性问题,提出了一种基于微机电系统(MEMS)加速度计和单片机、数据云存储结合的工程结构物振动监测系统。系统主要包括加速度信号同步采集模块、振动信号拾取与实时传输模块、... 为解决高速铁路工程结构服役性能下降,影响列车运营安全与舒适性问题,提出了一种基于微机电系统(MEMS)加速度计和单片机、数据云存储结合的工程结构物振动监测系统。系统主要包括加速度信号同步采集模块、振动信号拾取与实时传输模块、服务器数据压缩与存储模块,通过无线接入点(AP)传输振动加速度信号至本地工控机,供远程中控室进行实时结构安全等级评判。实验表明:当振动产生时,设计的监测系统能够实时精确采集加速度信号,有效评估结构物安全状态。 展开更多

关键词 微机电系统(mems)传感器 振动监测 同步采集 结构物状态监测

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低频压电式MEMS振动能量采集器研究 被引量：3

7

作者 李光耀 王晓蕾 杨杰 《压电与声光》 CAS CSCD 北大核心 2016年第3期487-491,共5页

设计了一种低频压电d31模式的"八悬臂梁-中心质量块"结构微机电系统(MEMS)振动能量采集器,实现环境振动能量向电能的转换。首先利用溶胶-凝胶工艺实现PZT压电薄膜的异质集成制造,单个锆钛酸铅(PZT)压电敏感单元的有效尺寸为93... 设计了一种低频压电d31模式的"八悬臂梁-中心质量块"结构微机电系统(MEMS)振动能量采集器,实现环境振动能量向电能的转换。首先利用溶胶-凝胶工艺实现PZT压电薄膜的异质集成制造,单个锆钛酸铅(PZT)压电敏感单元的有效尺寸为935μm×160μm×1.5μm;然后通过MEMS加工工艺完成器件微结构的加工制造,器件结构有效体积为9.936×10^(-4)cm^3;最后借助振动测试系统对该器件的各项输出性能进行测试。测试结果表明,谐振频率为60Hz、加速度激励为1g(g=9.8m/s^2)时,该能量采集器的输出电压峰-峰值为232mV。在其两端加载3.0 MΩ的负载时最大输出功率为6×10^(-4)μW,输出功率密度为0.604μW/cm^3,PZT压电敏感单元有效面积下的输出功率密度为0.025μW/cm^2。 展开更多

关键词 压电式 微机电系统(mems) 振动 能量采集技术 输出性能

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MEMS振动传感器信号检测电路设计与实现 被引量：5

8

作者 陈伟琪 肖定邦 +2 位作者 蒲金飞 李凯 毛善国 《传感器与微系统》 CSCD 北大核心 2021年第7期63-66,共4页

分析了电容检测电路原理,优化设计了C/V模块电路、接口电路和零偏及标度因数补偿电路,并搭建电路以及联合微机械差分电容结构进行了集成测试。经过测试验证,设计的微机电系统(MEMS)振动传感器信号检测电路对微弱电容具有较好的检测放大... 分析了电容检测电路原理,优化设计了C/V模块电路、接口电路和零偏及标度因数补偿电路,并搭建电路以及联合微机械差分电容结构进行了集成测试。经过测试验证,设计的微机电系统(MEMS)振动传感器信号检测电路对微弱电容具有较好的检测放大作用,并具有较强的接口适应性和防护能力。 展开更多

关键词 微机电系统(mems)振动传感器 检测电路 补偿电路 测试

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MEMS振动陀螺仪AGC回路模型线性化与控制器设计 被引量：3

9

作者 邢博文 丁徐锴 李宏生 《传感器与微系统》 CSCD 2019年第11期65-68,共4页

针对微机电系统(MEMS)振动陀螺仪驱动模态自动增益控制(AGC)回路非线性、控制器设计难的问题,提出了在平衡点处将系统进行线性化并利用经典频域分析进行控制器设计的方法。利用包络传递函数建立了一种无需乘法器的AGC模型。通过谐波分... 针对微机电系统(MEMS)振动陀螺仪驱动模态自动增益控制(AGC)回路非线性、控制器设计难的问题,提出了在平衡点处将系统进行线性化并利用经典频域分析进行控制器设计的方法。利用包络传递函数建立了一种无需乘法器的AGC模型。通过谐波分析的方法将简化的AGC环路模型在平衡点处进一步线性化。利用线性系统经典的频域分析法进行控制器的设计。仿真与实验验证了模型线性化过程的正确性以及所提出的控制器设计方法的有效性。 展开更多

关键词 微机电系统(mems)振动陀螺仪 自激驱动 自动增益控制(AGC) 控制器设计

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平面线圈型MEMS微电磁驱动器的理论分析与实验研究 被引量：6

10

作者 杨昊宇 赵小林 +2 位作者 戴旭涵 邵国成 丁桂甫 《传感技术学报》 CAS CSCD 北大核心 2006年第05B期1920-1923,共4页

介绍了一种平面线圈型电磁驱动的MEMS微驱动器,基于分段磁路的网络方程法,针对微电磁驱动器所采用的平面线圈的结构特点,比较了考虑磁动势的分布效应和传统的集总处理两种方法所建立的平面线圈微驱动器的非线性磁路模型.实验结果表明考... 介绍了一种平面线圈型电磁驱动的MEMS微驱动器,基于分段磁路的网络方程法,针对微电磁驱动器所采用的平面线圈的结构特点,比较了考虑磁动势的分布效应和传统的集总处理两种方法所建立的平面线圈微驱动器的非线性磁路模型.实验结果表明考虑线圈绕组半径不同而产生的分布效应可以为平面线圈型微驱动器建立可靠的模型,便于定量分析微驱动器结构物理参数对于磁通分布和电磁力的影响,从而为进一步优化设计该微电磁驱动器提供了理论分析依据. 展开更多

关键词 微机电系统(mems) 继电器 电磁驱动 非线性磁路

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基于MEMS的高灵敏度电容式低频传声器 被引量：2

11

作者 宫铭举 何庆 +4 位作者 汤亮 马军 乔东海 邓越 王孟姣 《压电与声光》 CSCD 北大核心 2009年第5期675-677,681,共4页

在硅微电容式传声器相关理论及前人对方形膜的研究的基础上,提出了一种用于测试低频信号的电容式高灵敏度圆形硅微振动膜传声器。模拟仿真和结构参数优化,为实践提供了理论依据。在此基础上,探索性的研制了圆形振动膜半径为40mm,气隙厚... 在硅微电容式传声器相关理论及前人对方形膜的研究的基础上,提出了一种用于测试低频信号的电容式高灵敏度圆形硅微振动膜传声器。模拟仿真和结构参数优化,为实践提供了理论依据。在此基础上,探索性的研制了圆形振动膜半径为40mm,气隙厚度为50μm的低频传声器,实验表明,该传声器具有较高的灵敏度,当偏置电压为6V、100Hz时,灵敏度高达-25dB,在通频带(20～800Hz)局部平坦。 展开更多

关键词 微机电系统(mems) 低频 电容式 圆形振动膜 高灵敏度 通频带

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静电驱动下微观曲梁的非线性动力学特性研究

12

作者 闫妍 牛朝 王文全 《应用力学学报》 CAS CSCD 北大核心 2020年第5期2063-2069,I0016,I0017,共9页

研究微机电系统中微结构的动力学特性,对确保微机电系统的稳定运行具有重要的意义。以直流、交流电压作用下的微观曲梁为研究对象,采用Euler-Bernoulli梁模型、Galerkin数值离散方法,在考虑主共振的情况下使用多尺度法研究了两端固支微... 研究微机电系统中微结构的动力学特性,对确保微机电系统的稳定运行具有重要的意义。以直流、交流电压作用下的微观曲梁为研究对象,采用Euler-Bernoulli梁模型、Galerkin数值离散方法,在考虑主共振的情况下使用多尺度法研究了两端固支微梁的非线性动力学特性和可能出现的跳跃、吸合现象。结果表明:直流、交流电压越大,阻尼值越小,系统表现出更强的非线性特性;系统对交流电荷载作用下的振动响应相对于直流电荷载更加敏感;随着曲梁拱形高度的增加,系统会依次出现软化和硬化两种不同的行为;系统在分岔点附近可能出现跳跃现象。研究结果可为合理选取物理参数和控制系统振动行为提供参考。 展开更多

关键词 微机电系统 EULER-BERNOULLI梁 主共振 非线性振动 多尺度法 跳跃现象

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微型谐振气体传感器多场耦合非线性振动特性分析 被引量：3

13

作者 付晓瑞 党亚辉 许立忠 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2019年第2期75-81,共7页

随着谐振子尺寸的不断减小,分子力等因素的影响越来越显著,微型谐振气体传感器的谐振子实际上处于多场耦合的工作环境中。考虑分子力、热应力和吸附气体浓度的影响,建立了谐振子的多场耦合动力学方程,利用多尺度法求出谐振子固有频率和... 随着谐振子尺寸的不断减小,分子力等因素的影响越来越显著,微型谐振气体传感器的谐振子实际上处于多场耦合的工作环境中。考虑分子力、热应力和吸附气体浓度的影响,建立了谐振子的多场耦合动力学方程,利用多尺度法求出谐振子固有频率和瞬时频率,研究了谐振子固有频率随分子力、吸附气体浓度以及温度的变化规律,分析了系统参数对时域动态响应的影响。利用制造出的微型谐振气体传感器及测试系统,进行了扫频实验,得到微传感器的固有频率,与分析结果接近,验证了理论分析的正确性。研究结果对于传感器进一步微型化具有指导意义。 展开更多

关键词 分子力 多场耦合 非线性振动 微机电系统(mems)

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十字型微谐振梁多场耦合非线性振动分析

14

作者 韩光 许立忠 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2023年第1期308-317,共10页

为了提高电容检测传感器的检测精度,提出了一种十字型微谐振梁。将其简化为多场耦合振动模型,在考虑分子力与电场力的情况下建立动力学方程。求得其非线性振动固有频率及其变化规律,分析了不同参数对位移响应的影响。利用微加工技术制... 为了提高电容检测传感器的检测精度,提出了一种十字型微谐振梁。将其简化为多场耦合振动模型,在考虑分子力与电场力的情况下建立动力学方程。求得其非线性振动固有频率及其变化规律,分析了不同参数对位移响应的影响。利用微加工技术制作十字型微谐振梁,采用静电激励—电容检测方法对其测试。创新性地将激振端与拾振端采用隔离带分开,使输出的电压信号不掺杂激励信号,结果更加真实准确。使用Owen交流电桥进行检测。结果表明:谐振梁尺寸较小时,分子力对谐振梁非线性振动影响较大。在忽略与考虑分子力时,相对误差分别为4.706%与1.971%,考虑分子力时理论值更加贴近于实测值。十字型微谐振梁的品质因数为105.8,较传统一字梁,检测信号更为明显。 展开更多

关键词 微机电系统(mems) 非线性振动 分子力 多场耦合 十字型谐振梁

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基于小波包-神经网络的MEMS加速度计零漂补偿 被引量：7

15

作者 路永乐 潘英俊 +2 位作者 任春华 刘宇 彭慧 《压电与声光》 CAS CSCD 北大核心 2015年第1期27-31,共5页

针对微机电系统(MEMS)加速度计零位漂移大的问题,研究了一种基于Birgé-Massert(BM)阈值小波包降噪的广义回归神经网络对MEMS加速度计零位漂移进行非线性抑制的新方法。该方法首先利用BM阈值小波包滤除零位漂移中的噪声,然后利用广... 针对微机电系统(MEMS)加速度计零位漂移大的问题,研究了一种基于Birgé-Massert(BM)阈值小波包降噪的广义回归神经网络对MEMS加速度计零位漂移进行非线性抑制的新方法。该方法首先利用BM阈值小波包滤除零位漂移中的噪声,然后利用广义回归网络对非线性数据的无限逼近原理,来建立MEMS加速度计的零漂模型。将实测数据代入模型,计算结果表明,经过该模型补偿后的零漂输出结果同未经补偿、最小二乘拟合补偿、未经滤波建模补偿相比,均值分别减小97.4%、67.8%、67.8%,均方差分别减小87.4%、87.5%、90.9%;利用训练后的模型进行实时补偿延迟时间为10-5 s。分析结果证明了基于BM阈值小波包降噪滤波技术的广义回归网络组合模型的有效性和合理性。 展开更多

关键词 微机电系统(mems)加速度计 小波包 广义回归网络 非线性建模 零位漂移

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横向电磁式振动能量采集器的设计与制作 被引量：10

16

作者 李伟 车录锋 王跃林 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第3期694-700,共7页

基于微机电系统(MEMS)设计了一种结构新颖的横向电磁式振动能量采集器,用于把周围环境中振动的机械能转化为电能。该能量采集器主要由两块长方形永磁体、螺旋铜线圈、质量块-弹性梁振动系统及衬底等构成。选用有限元分析软件对器件结构... 基于微机电系统(MEMS)设计了一种结构新颖的横向电磁式振动能量采集器,用于把周围环境中振动的机械能转化为电能。该能量采集器主要由两块长方形永磁体、螺旋铜线圈、质量块-弹性梁振动系统及衬底等构成。选用有限元分析软件对器件结构参数进行了仿真分析与优化,并利用电镀技术制作螺旋铜线圈,KOH湿法腐蚀和深反应离子刻蚀(DRIE)技术制作质量块-弹性梁振动系统,然后与永磁体一起组成了体积大约为100mm3的能量采集器样机。对制作好的电磁式振动能量采集器样机的振动特性测试表明:质量块-弹性梁振动系统的一阶固有频率为241Hz;在频率为241Hz、加速度为2.8ms-2的外界振动激励下,负载两端产生的交流电压峰峰值为9.2mV。另外调节质量块和弹性梁的参数,还可以得到不同固有频率的能量采集器。该能量采集器实现了从机械能到电能的转化,对无线传感器件的发展和应用很有意义。 展开更多

关键词 电磁式能量采集器 振动能量采集器 横向振动 微机电系统(mems)

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基于神经网络的MEMS陀螺标定与补偿 被引量：10

17

作者 程章 许江宁 +1 位作者 许微 梁佩雷 《压电与声光》 CAS CSCD 北大核心 2018年第1期111-114,共4页

针对微机电系统(MEMS)陀螺低转速区间上非线性性能很强,采用传统方法对其标定误差较大,满足不了实际应用的问题,因此,采用了一种基于误差反向传播(BP)的神经网络的标定与补偿方法。设计了一组基于优先数的速率点,利用三轴转台进行12组... 针对微机电系统(MEMS)陀螺低转速区间上非线性性能很强,采用传统方法对其标定误差较大,满足不了实际应用的问题,因此,采用了一种基于误差反向传播(BP)的神经网络的标定与补偿方法。设计了一组基于优先数的速率点,利用三轴转台进行12组速率实验,用最小二乘法求出在传统数学模型下的待标定系数;将三轴MEMS陀螺的输出和转台的实际转速作为样本,对BP神经网络进行训练,得到神经网络的补偿模型,并对比两种方法的补偿效果。结果表明,传统方法和BP神经网络都对MEMS陀螺的输出进行了有效的补偿;但在低转速区间上,神经网络的补偿效果比传统方法提高了3倍左右。 展开更多

关键词 神经网络 微机电系统(mems)陀螺 标定与补偿 速率实验 非线性

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基于压电材料的振动能量回收技术现状综述 被引量：31

18

作者 边义祥 杨成华 《压电与声光》 CSCD 北大核心 2011年第4期612-622,共11页

随着微机电系统(MEMS)技术的迅猛发展,基于压电振动的能量回收技术可以为MEMS提供电能,受到国内外众多学者的关注。该文介绍了压电式振动能量回收装置的工作机理;分别从能量回收装置的结构和材料、能量转化的接口电路、能量的存储技术... 随着微机电系统(MEMS)技术的迅猛发展,基于压电振动的能量回收技术可以为MEMS提供电能,受到国内外众多学者的关注。该文介绍了压电式振动能量回收装置的工作机理;分别从能量回收装置的结构和材料、能量转化的接口电路、能量的存储技术、能量回收的应用实例等方面系统的介绍国内外的主要研究成果和研究进展;并对压电振动能量回收技术的发展方向进行了预测。 展开更多

关键词 微机电系统(mems) 能量回收 压电材料 振动

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风车型低频压电振动能量采集器的研究与设计 被引量：5

19

作者 梁光胜 李艺 《压电与声光》 CAS CSCD 北大核心 2018年第3期423-427,共5页

基于微机电系统(MEMS)设计了风车型结构的压电振动能量采集器,通过压电效应将低频振动能量转化为电能,用以解决环境中低频能量采集的问题。风车型结构的压电振动能量采集器以硅为基底,以PZT-5A为压电材料,包含上、下电极;4条悬臂梁旋转... 基于微机电系统(MEMS)设计了风车型结构的压电振动能量采集器,通过压电效应将低频振动能量转化为电能,用以解决环境中低频能量采集的问题。风车型结构的压电振动能量采集器以硅为基底,以PZT-5A为压电材料,包含上、下电极;4条悬臂梁旋转连接中心质量块与四周固定端,类似于风车结构。数学建模与有限元仿真分析表明,在结构尺寸与材料相同的情况下,圆弧风车型结构的谐振频率较直接连接、直角连接结构的谐振频率更低;4条悬臂梁距离中心质量块越远,谐振频率越低;在0.1g(g=9.8m/s^2)加速度谐振状态下,输出电压约为6.2V,最大位移接近1.2mm。基于MEMS工艺,通过IntelliSuite软件研究和定义了风车型振动能量采集器的工艺流程。 展开更多

关键词 低频振动 能量采集 风车型结构 IntelliSuite软件 微机电系统(mems)工艺

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十字型微谐振梁多场耦合振动及信号分析

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作者 韩光 许立忠 《华南理工大学学报（自然科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第2期10-19,共10页

微机电系统(MEMS)又称微系统或微电子机械系统,是在微电子技术基础上发展起来的一种高科技微型器件或系统。MEMS集光刻、腐蚀、LIGA、硅和非硅表面微加工、精密机械加工等技术于一体,其尺寸在微米量级。利用微加工技术生产的微传感器以... 微机电系统(MEMS)又称微系统或微电子机械系统,是在微电子技术基础上发展起来的一种高科技微型器件或系统。MEMS集光刻、腐蚀、LIGA、硅和非硅表面微加工、精密机械加工等技术于一体,其尺寸在微米量级。利用微加工技术生产的微传感器以结构简单、灵敏度高和工作稳定等特点而广泛应用于工程实际中。微传感器通常采用静电激励与电容检测方法检测信号,即利用谐振梁振动时的位移变化导致电极之间的距离变化,从而使电极之间的电容值产生变化,检测到的电容变化频率即为谐振梁振动的频率。为解决微传感器电容检测信号微弱、检测精度较低的问题,提出了一种十字型微谐振梁。为研究微谐振梁的多场耦合效应,在考虑范德华力、电场力的情况下建立了谐振子的多场耦合非线性动力学方程。采用林滋泰德-庞加莱法求解获得其非线性振动的动态位移,分析了多物理场参数对于谐振子振动位移平均值以及电容变化量的影响规律。运用微纳加工手段制作出十字型微谐振梁,采用静电激励-电容检测方法进行了谐振频率和振动位移导致的电容变化量测试。结果表明:十字型谐振梁增大了极板面积,电容变化量增加,其信号强度更强。当面积增大75%时,电容变化量为原来的4.2倍,信号强度增强5.0倍,因此更加便于电容检测。 展开更多

关键词 微机电系统 范德华力 十字型谐振梁 非线性振动 多场耦合 电容检测

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