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STATIC STUDY OF CANTILEVER BEAM STICTION UNDER ELECTROSTATIC FORCE INFLUENCE 被引量:6
1
作者 ZhangYin ZhaoYa-pu 《Acta Mechanica Solida Sinica》 SCIE EI 2004年第2期104-112,共9页
The model and analysis of the cantilever beam adhesion problem under the action of electrostatic force are given. Owing to the nonlinearity of electrostatic force, the analytical solution for this kind of problem is... The model and analysis of the cantilever beam adhesion problem under the action of electrostatic force are given. Owing to the nonlinearity of electrostatic force, the analytical solution for this kind of problem is not available. In this paper, a systematic method of generating polynomials which are the exact beam solutions of the loads with di?erent distributions is provided. The polynomials are used to approximate the beam displacement due to electrostatic force. The equilibrium equation o?ers an answer to how the beam deforms but no information about the unstuck length. The derivative of the functional with respect to the unstuck length o?ers such information. But to compute the functional it is necessary to know the beam deformation. So the problem is iteratively solved until the results are converged. Galerkin and Newton-Raphson methods are used to solve this nonlinear problem. The e?ects of dielectric layer thickness and electrostatic voltage on the cantilever beam stiction are studied. The method provided in this paper exhibits good convergence. For the adhesion problem of cantilever beam without electrostatic voltage, the analytical solution is available and is also exactly matched by the computational results given by the method presented in this paper. 展开更多
关键词 micro-cantilever beam adhesion/stiction electrostatic force Galerkin method CONSTRAINT STATIONARY peel number
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基于BST微悬臂梁横向挠曲电系数的测定 被引量:5
2
作者 李康 骆英 +3 位作者 徐晨光 许伯强 王晶晶 桑胜 《压电与声光》 CSCD 北大核心 2014年第5期798-800,804,共4页
挠曲电材料具有高力电耦合系数、尺度效应及对环境温度无特定要求等特点,有望用于传感器、作动器及结构健康监测等领域。基于钛酸锶钡(BST)微悬臂梁结构,实验分析了横向挠曲电系数对驱动频率的依赖关系,并讨论了尺度效应。利用压电微驱... 挠曲电材料具有高力电耦合系数、尺度效应及对环境温度无特定要求等特点,有望用于传感器、作动器及结构健康监测等领域。基于钛酸锶钡(BST)微悬臂梁结构,实验分析了横向挠曲电系数对驱动频率的依赖关系,并讨论了尺度效应。利用压电微驱动器的低频激振,获得了横向挠曲电系数。结果表明,作为传感器,挠曲电材料在传感方面呈现出明显的尺度效应,当梁的厚度减小到微纳米尺度时,其传感特性将优于压电材料。 展开更多
关键词 钛酸锶钡(BST) 挠曲电效应 应变梯度 电极化 微悬臂梁
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基于镀钯薄膜的微悬臂梁型光纤光栅氢传感器的设计和制备 被引量:3
3
作者 张晓晶 张博明 +1 位作者 陈吉安 武湛君 《中国激光》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第7期1784-1788,共5页
利用微型机电系统(MEMS)加工工艺制备微悬臂梁,开发了一种由镀钯薄膜微悬臂梁和光纤布拉格光栅(FBG)组成的氢气敏光纤传感器,通过光栅波长的变化测量微悬臂梁吸收氢气时产生的位移,从而反映出环境中的氢浓度。应用弹性力学理论分析其工... 利用微型机电系统(MEMS)加工工艺制备微悬臂梁,开发了一种由镀钯薄膜微悬臂梁和光纤布拉格光栅(FBG)组成的氢气敏光纤传感器,通过光栅波长的变化测量微悬臂梁吸收氢气时产生的位移,从而反映出环境中的氢浓度。应用弹性力学理论分析其工作原理,建立了传感器最大波长变化量与氢浓度关系的数学模型。结果表明,改变钯膜/硅悬臂梁厚度比可以提高传感器的灵敏度,厚度比为0.4时,传感器响应量最大。通过实验研究了传感器的氢响应特性,理论模型预测的最大波长变化量与实验结果十分吻合。 展开更多
关键词 氢传感器 微悬臂梁 光纤布拉格光栅 微型机电系统 钯膜
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悬臂梁式微加速度计动力学分析 被引量:3
4
作者 高东强 杨磊 +1 位作者 郭健 韩昆 《陕西科技大学学报(自然科学版)》 2015年第1期136-143,164,共9页
微加速度计是MEMS的关键部分之一.为保证微加速度计工作时的精确性和稳定性,对其进行动力学特性分析具有十分重要的理论意义.通过建立系统等效模型,再从悬臂梁的振动特性和气动性能等两部分进行了研究.对于振动特性,运用有限元分析软件A... 微加速度计是MEMS的关键部分之一.为保证微加速度计工作时的精确性和稳定性,对其进行动力学特性分析具有十分重要的理论意义.通过建立系统等效模型,再从悬臂梁的振动特性和气动性能等两部分进行了研究.对于振动特性,运用有限元分析软件ANSYS Workbench进行了模态分析,得到了前六阶振动频率和振型.在谐响应分析下,得到了悬臂梁不同频率的应力频率响应和位移频率响应曲线,由此确定了悬臂梁式微加速度计的频响范围;对于气动性能,主要是从悬臂梁与容器壁面间隙在1~9μm来研究悬臂梁.利用流体计算软件FLUENT研究了悬臂梁周围截面流场及其悬臂梁流场的变化,得到了悬臂梁周围截面流场的压力分布和流速分布图,以及在不同间隙情况下悬臂梁表面的压强分布和流速分布图.最后得出,当间隙为5μm时,气体对悬臂梁的阻尼影响最小,微加速度计的量程最大,从而得出了这种悬臂梁式微加速度计的量程. 展开更多
关键词 MEMS 微加速度计 微悬臂梁 振动特性 气动性能
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在EPW中采用(100)硅制作微悬臂梁凸角补偿及工艺研究 被引量:2
5
作者 赵晓锋 温殿忠 《黑龙江大学自然科学学报》 CAS 北大核心 2005年第5期697-700,共4页
(100)硅片在EPW腐蚀液中进行各向异性腐蚀时,因在(111)侧面相交的凸角处出现一些腐蚀速率较高的晶面,使微悬臂梁凸角掩膜下的硅受到侧向腐蚀,出现严重的凸角削角现象.研究采用EPW腐蚀(100)硅片制作微悬臂梁的凸角补偿方法及制作工艺,给... (100)硅片在EPW腐蚀液中进行各向异性腐蚀时,因在(111)侧面相交的凸角处出现一些腐蚀速率较高的晶面,使微悬臂梁凸角掩膜下的硅受到侧向腐蚀,出现严重的凸角削角现象.研究采用EPW腐蚀(100)硅片制作微悬臂梁的凸角补偿方法及制作工艺,给出采用圆形掩膜对(100)硅凸角进行补偿.实验结果表明,该方法能够较好的完成对EPW腐蚀液中悬臂梁凸角削角的补偿。 展开更多
关键词 EPW 微悬臂梁 凸角削角补偿
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S型折叠悬臂梁应力仿真分析 被引量:2
6
作者 王贵强 邵伟平 +2 位作者 邹显楠 郝永平 慈东红 《机械》 2020年第8期1-5,共5页
针对目前S型折叠悬臂梁受外载作用时在转弯处容易发生变形、失效等问题,采用有限元法对悬臂梁转弯处的受力进行分析,推导出悬臂梁在外载荷的作用下不同位置的应力值。通过S型折叠悬臂梁本身材料的屈服应力、安全系数等参数,推算出悬臂... 针对目前S型折叠悬臂梁受外载作用时在转弯处容易发生变形、失效等问题,采用有限元法对悬臂梁转弯处的受力进行分析,推导出悬臂梁在外载荷的作用下不同位置的应力值。通过S型折叠悬臂梁本身材料的屈服应力、安全系数等参数,推算出悬臂梁在转弯处的许用载荷及屈服载荷。利用ANSYS 19.0有限元分析软件对S型折叠悬臂梁进行静态仿真验证,并将仿真出的结果与理论分析的结果进行对比验证,进一步验证理论计算的正确性。结果表明,计算载荷与仿真载荷相差2.1%,在误差允许的范围之内,说明该计算方法在S型折叠悬臂梁应用中可行。 展开更多
关键词 微悬臂梁 应力计算 有限元法 屈服极限 许用载荷 微机电系统
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微机电系统中悬臂梁固定端的应力分析 被引量:2
7
作者 张燕娇 苏继龙 《机电工程技术》 2011年第11期96-99,共4页
运用Ansys模拟软件对不同厚度的微悬臂梁在同一电压下(未达到吸合电压)进行静电力分析,得到悬臂梁固定端的应力大小,同时得到此应力与厚度的关系。再根据力学相关解析式对固定端进行力学分析,通过比较两种方法得到的结论,发现结论是相反... 运用Ansys模拟软件对不同厚度的微悬臂梁在同一电压下(未达到吸合电压)进行静电力分析,得到悬臂梁固定端的应力大小,同时得到此应力与厚度的关系。再根据力学相关解析式对固定端进行力学分析,通过比较两种方法得到的结论,发现结论是相反的,因此得出弹性模量E是决定微观材料性能的重要因素,以及静电力作用下的微悬臂梁存在机电耦合作用,单纯的力学解析式是没法精确计算得出的。 展开更多
关键词 微悬臂梁 ANSYS 静电力 应力 解析公式
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飞秒激光加工微悬臂梁薄膜光纤声波传感器
8
作者 郑怡雯 陈永璋 +4 位作者 唐前浩 朱一新 于永芹 杜晨林 阮双琛 《光子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第10期209-219,共11页
设计并制作了一种光纤微悬臂梁传感器,由于悬臂梁在受迫振动过程中不会产生拉伸变形,与四周固定的圆形密闭薄膜相比,会产生更高的声波灵敏度。采用飞秒激光加工制作微悬臂梁薄膜光纤声波传感器,制备出长宽均为500μm,厚6μm的微悬臂梁... 设计并制作了一种光纤微悬臂梁传感器,由于悬臂梁在受迫振动过程中不会产生拉伸变形,与四周固定的圆形密闭薄膜相比,会产生更高的声波灵敏度。采用飞秒激光加工制作微悬臂梁薄膜光纤声波传感器,制备出长宽均为500μm,厚6μm的微悬臂梁结构。通过实验得到其反射光谱对比度为8.8 dB,自由光谱范围为7.72 nm,理论计算得光纤法布里-珀罗腔长为155.6μm。研究结果表明,该光纤声波传感器在2200 Hz处出现明显的共振峰,对应的声压灵敏度为414 mV/Pa,在300 Hz时有最大的灵敏度675 mV/Pa,与普通硅橡胶薄膜声波传感器相比灵敏度显著提高。理论计算硅橡胶微悬臂梁光纤声波传感器的一阶共振频率为198 Hz,与实验测得的共振频率较为接近。同时悬臂梁传感器的声压灵敏度可达675 mV/Pa,声压响应线性度为0.994。 展开更多
关键词 光纤声波传感器 微悬臂梁 飞秒激光微加工 声压灵敏度 法布里-珀罗干涉仪
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改进BP算法在微悬臂梁力学特性研究中的应用 被引量:1
9
作者 薛海棠 白艳萍 《中北大学学报(自然科学版)》 CAS 北大核心 2012年第5期563-567,共5页
针对BP神经网络算法自身存在的一些限制与不足,提出了一种改进的BP神经网络算法,并将此算法应用于单晶硅(100)微悬臂梁加载后载荷与挠度间关系拟合的实验中(实验在MATLAB7.0环境中实现).实验拟合结果表明:在相同载荷的作用下,挠度随微... 针对BP神经网络算法自身存在的一些限制与不足,提出了一种改进的BP神经网络算法,并将此算法应用于单晶硅(100)微悬臂梁加载后载荷与挠度间关系拟合的实验中(实验在MATLAB7.0环境中实现).实验拟合结果表明:在相同载荷的作用下,挠度随微悬臂梁长度的增大而增大,随其宽度的增大而减小,且在有效载荷-挠度数据中理论计算结果与实验拟合结果是相一致的.并利用有效载荷与挠度之间的关系,评价了微悬臂梁材料的弹性模量,得到其弹性模量近似为153GPa,与实际情况符合较好. 展开更多
关键词 BP神经网络 微悬臂梁 力学特性 微机电系统 弹性模量
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A Novel Sensor for Detecting the Vibration 被引量:1
10
作者 WENG Jian hua (College of Electr.Eng.,Yanshan University,Qinhuangdao 066004,CHN) 《Semiconductor Photonics and Technology》 CAS 2003年第4期242-244,共3页
The micro-cantilever beam with a twin long period optic fiber grating sensitive to the strain and the vibration is designed to use as the sensor head.The micro-displacement of wavelength caused by strain or vibration ... The micro-cantilever beam with a twin long period optic fiber grating sensitive to the strain and the vibration is designed to use as the sensor head.The micro-displacement of wavelength caused by strain or vibration is amplified in the system.Special cladding material is used to eliminate the interference brougth about the temperature.The designing structure is enabled to detect the micro-information. 展开更多
关键词 micro-cantilever beam Optic fiber grating Heterodyne detection
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基于牺牲层释放的微悬臂梁器件制作中的粘附现象
11
作者 梁明富 《扬州职业大学学报》 2010年第4期33-36,41,共5页
以微悬臂梁的制作工艺为例,针对双材料悬臂梁加工中因为粘附现象造成废品率高的问题,分析了微悬臂梁加工中粘附影响因素,指出表面作用力和残余应力是造成粘附的主要原因,并提出相应控制措施。
关键词 MEMS 微悬臂梁 粘附 牺牲层
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埋氧层内应力对微悬臂梁加工断裂的影响机理研究
12
作者 仲仁 赵钢 +3 位作者 陈建锋 刘光丽 刘杰 褚家如 《新技术新工艺》 2016年第9期35-40,共6页
研究了在Smart-cut方法下制作的SOI硅片中热应力产生的来源,以及热应力的分布、数值和范围。对微悬臂梁制作过程的几个阶段进行了建模,通过仿真,探讨了不同热应力对微悬臂梁制作过程产生的影响,并在ANSYS软件中对优化的加工工艺可行性... 研究了在Smart-cut方法下制作的SOI硅片中热应力产生的来源,以及热应力的分布、数值和范围。对微悬臂梁制作过程的几个阶段进行了建模,通过仿真,探讨了不同热应力对微悬臂梁制作过程产生的影响,并在ANSYS软件中对优化的加工工艺可行性的仿真和制作时断裂现象进行了验证。研究了SOI中埋氧层内应力影响微纳加工工艺的机理,特别针对内应力使微悬臂梁制备产率下降的副作用进行了分析。研究结果在基于SOI制造的微传感器领域中具有重要的作用。 展开更多
关键词 MEMS 微悬臂梁 埋氧层内应力 微纳加工工艺 ANSYS仿真
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改进BP算法在微悬臂梁载荷与挠度关系研究中的应用
13
作者 续婷 白艳萍 《佳木斯大学学报(自然科学版)》 CAS 2011年第3期379-381,385,共4页
针对标准BP算法收敛速度慢和易陷入局部极小值等缺陷,提出了采用弹性BP算法改进标准BP算法,并将此算法应用于单晶硅(100)微悬臂梁加载后载荷与挠度间关系拟合的实验中(实验在Matlab7.0环境下实现).实验拟合结果表明:在相同载荷下挠度随... 针对标准BP算法收敛速度慢和易陷入局部极小值等缺陷,提出了采用弹性BP算法改进标准BP算法,并将此算法应用于单晶硅(100)微悬臂梁加载后载荷与挠度间关系拟合的实验中(实验在Matlab7.0环境下实现).实验拟合结果表明:在相同载荷下挠度随微悬臂梁梁长的增长而增大,随其宽梁宽的增宽而减少,随其梁数的增多而减少,与理论计算结果相一致.这些表明了BP神经网络在微悬臂梁载荷与挠度关系研究中的适用性.对进一步分析微悬臂梁的可靠性和设计微悬臂梁都具有一定的参考价值. 展开更多
关键词 BP神经网络 微悬臂梁 弹性BP算法 MEMS
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微悬臂梁气敏材料表征系统中基线校正方法
14
作者 费超 陆天海 +1 位作者 于海涛 徐大诚 《现代电子技术》 2021年第17期100-104,共5页
在微悬臂梁称重的气敏材料表征系统中,常存在输出频率曲线基线漂移的问题,会导致相关特征参数的计算出现较大偏差。针对此问题提出一种气敏材料表征系统中输出频率曲线基线校正方法,采用Douglas-Peucker算法实现频率曲线的压缩,结合曲... 在微悬臂梁称重的气敏材料表征系统中,常存在输出频率曲线基线漂移的问题,会导致相关特征参数的计算出现较大偏差。针对此问题提出一种气敏材料表征系统中输出频率曲线基线校正方法,采用Douglas-Peucker算法实现频率曲线的压缩,结合曲线特征及动态时间规整方法获取基线处理所需的特征点。为解决动态时间规整中曲线匹配次数过多、计算量较大的问题,提出选择匹配动态时间规整方法,准确获取各浓度特征点,通过分段线性拟合的方式计算基线,最终得出相应的标准频率曲线。实验结果表明,与传统手工标记特征点拉平基线的方式相比,误差在3%以内,降低了人工成本,有效提高了表征实验的效率,减小了人员因素带来的偶然误差,为进一步的特征参数计算提供了良好的预处理方法。 展开更多
关键词 基线校正 气敏材料表征 微悬臂梁 基线漂移 频率曲线压缩 特征点获取 基线计算
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光纤Bragg光栅的谐振传感实验研究 被引量:7
15
作者 张伟刚 开桂云 +5 位作者 冯德军 盛秋琴 柳贺良 刘志国 郭转运 董孝义 《传感技术学报》 CAS CSCD 2000年第4期246-250,共5页
利用微悬臂梁对光纤 Bragg光栅的振动传感特性进行了实验研究 ,其频率传感范围达到 2 .5 k Hz,并给出了实验拟合曲线 .研究表明 :光纤 Bragg光栅反射波长漂移的扫描平均值Δλ对微悬臂梁的谐振频率 νn 响应灵敏 .
关键词 光纤光栅 振动传感 BRAGG光栅 谐振传感实验
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双金属微悬臂梁的选材及热机械性能分析
16
作者 赵翔 梁明富 《深圳职业技术学院学报》 CAS 2007年第2期18-20,共3页
由微悬臂梁结构组成的红外焦平面阵列(FPA)是基于微机电系统结构的非制冷型红外成像系统的核心技术。通过对Al/SiNx双材料体系的理论分析,得出了微悬臂梁的热机械性能与双层梁的厚度比之间的关系。
关键词 双金属微悬臂梁 热机械性能 弯曲变形
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牺牲层腐蚀技术在微悬臂梁器件制作中的应用
17
作者 赵翔 梁明富 《科学技术与工程》 2009年第14期3994-3999,共6页
以微悬臂梁的制造工艺为例,探讨了MEMS中的牺牲层腐蚀技术,对牺牲层材料的制备方法和腐蚀牺牲层材料得到微悬臂梁结构等工艺中的关键与核心技术作了详细阐述,从腐蚀机理的角度探讨了腐蚀速率及其影响因素。
关键词 MEMS 微悬臂梁 牺牲层腐蚀 腐蚀速率
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光纤光栅谐振传感器的理论与实验分析 被引量:2
18
作者 张伟刚 开桂云 +3 位作者 盛秋琴 冯德军 刘志国 董孝义 《广西工学院学报》 CAS 2000年第4期21-25,共5页
利用微悬臂梁对光纤 Bragg光栅的振动传感特性进行了实验研究 ,其频率传感范围达到 2 .5 KHz,并给出了实验拟合曲线。研究表明 :光纤 Bragg光栅反射波长漂移的扫描平均值Δλ对微悬臂梁的谐振频率
关键词 光纤光栅 振动传感 微悬臂梁 谐振传感器 实验
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基于压电微悬臂梁的能量采集研究 被引量:2
19
作者 高祥 王利 张志 《电子元件与材料》 CAS CSCD 北大核心 2013年第11期39-42,共4页
利用ANSYS分析软件对矩形微悬臂梁进行模拟仿真分析,得出微悬臂梁的振型、固有频率及其在外加负载时的电压输出。在此基础上,设计、制作了微悬臂梁及能量存储电路,并在低频下对微悬臂梁的发电性能进行了测试。结果表明,当负载电阻为1 k... 利用ANSYS分析软件对矩形微悬臂梁进行模拟仿真分析,得出微悬臂梁的振型、固有频率及其在外加负载时的电压输出。在此基础上,设计、制作了微悬臂梁及能量存储电路,并在低频下对微悬臂梁的发电性能进行了测试。结果表明,当负载电阻为1 k时,此时的瞬时输出功率最大可达到0.077 4 W,可以满足低功耗产品的供电需求。 展开更多
关键词 微悬臂梁 振型 固有频率 压电发电 能量采集 有限元分析
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基于广义弹性理论的微梁固有频率及模态的尺寸效应 被引量:1
20
作者 沈暗明 陈锐 杜丘美 《应用数学和力学》 CSCD 北大核心 2018年第9期999-1008,共10页
经典弹性理论在近代工程技术中得到广泛应用,但其本构关系中不包含任何与尺寸相关的参数,因此不适用于微观结构,不能预测和解释尺寸效应.广义弹性理论增加了偶应力及其对应的曲率张量,完善了对小变形的几何描述,适用于微结构的尺寸效应... 经典弹性理论在近代工程技术中得到广泛应用,但其本构关系中不包含任何与尺寸相关的参数,因此不适用于微观结构,不能预测和解释尺寸效应.广义弹性理论增加了偶应力及其对应的曲率张量,完善了对小变形的几何描述,适用于微结构的尺寸效应研究.该文采用广义弹性理论,并结合Hamilton变分原理推导了悬臂微梁的振动微分方程,对微梁的固有频率及其模态进行了分析.结果表明,随着微梁厚度的不断减小,固有频率的尺寸效应与其对应的模态密切相关.扭转和弯曲模态包含了旋转变形,其对应的固有频率显著提高,表现出了显著的尺寸效应;而拉压模态不涉及旋转变形,固有频率未产生明显变化,没有尺寸效应. 展开更多
关键词 尺寸效应 广义弹性理论 HAMILTON原理 固有频率 模态 悬臂微梁
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