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    188宝金博页面版: [精品]微光机电陀螺微致动器设计与有限元分析

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    内容提示： 第 21 卷 第 4 期2008 年 4月传 感 技 术 学 报CHINESE JOURNAL OF SENSORS AND ACTUATORSVol. 21 No. 4Apr. 2008Design and Finite Element Analysis of MOEMS Gyroscope MicroActuatorsLIN H eng*, SH A N Zhigang, WA NG Guanglong, LIUH uilan, FENG Lishuang(School of Instrument Science and Opto electronics Engineering, Beijing University of A eronautics and A stronautics , Beijing 100083, China)Abstract: This paper reports on a structure model of a leadzirconate titanate ( PZT) thin film microactuat...

    文档格式：PDF | 页数：4 | 浏览次数：13 | 上传日期：2015-04-05 05:26:01 | 文档星级：
    第 21 卷 第 4 期2008 年 4月传 感 技 术 学 报CHINESE JOURNAL OF SENSORS AND ACTUATORSVol. 21 No. 4Apr. 2008Design and Finite Element Analysis of MOEMS Gyroscope MicroActuatorsLIN H eng*, SH A N Zhigang, WA NG Guanglong, LIUH uilan, FENG Lishuang(School of Instrument Science and Opto electronics Engineering, Beijing University of A eronautics and A stronautics , Beijing 100083, China)Abstract: This paper reports on a structure model of a leadzirconate titanate ( PZT) thin film microactuator. Thisactuator, which is fabricated with the PZT material of high d33 characterization, has been used to precisely controlthe displacement and the angle of the micro mirror in spatial resonance M OEMS gyroscope. The predigestion model of the actuator is set up, and its driving ability has been analyzed with the finite element method. As it is shownin the result, when the microactuator with two layers of PZT thin film has an applied voltage of 50 V, the centerdisplacement of the displacement actuator could be 0. 345 m, and the deflexion angle of the angle actuator couldbe 3.29. Also, if the layers of the PZT thin film are added, the actuate ability to the displacement and anglewould be better. Results indicates that this actuator which is made by multilayer PZT thin film has the ability tosatisfy the actuate range and precision requirement of the micro mirror displacement and angle actuator.Key words: MOEMS; gyroscope; actuator; PZT; simulationEEACC: 7630; 2575微光机电陀螺微致动器设计与有限元分析林 恒*, 单志刚, 王广龙, 刘惠兰, 冯丽爽( 北京航空航天大学仪器科学与光电工程学院, 北京 100083)收稿日 期: 2007 09 30 修改日 期: 2008 02 22摘 要: 提出了 一种锆钛酸铅(PZT) 薄膜微致动器的结构模型。 该致动器采用高 d33特性的压电陶瓷材料, 用于对空间谐振式微光机电(MOEMS) 陀螺微镜进行位移和角度的精确定位。 建立了 该致动器的简化模型并利用有限元方法分析其驱动能力。 结果显示,当采用双层结构的 PZT 薄膜微致动器时, 在外加电压50 V 作用下, 环形 PZT 位移控制器中心位移可达到 0. 345 m; 十字形角度控制器偏转角度可达 3. 29 , 增加 PZT 薄膜的层数可以进一步增加致动器对微镜位移和角度的控制能力。 通过对仿真结果进行分析可以得出结论, 选用多层 PZT 薄膜材料制成的微致动器能够满足调整微镜位移和角度所需的范围和精度要求。关键词: 微光机电系统; 陀螺; 致动器; 压电陶瓷; 仿真中图分类号: V241. 5 文献标识码: A 文章编号: 10041699( 2008)04056704 近年来, 精密调整与定位系统的研究工作主要集中在微小型化和高精度两个方向上( PZT ) 薄膜因其具有显著的压电特性, 被广泛应用于压电传感器、微执行器和光电装置[ 2]。 空间谐振式 MOEM S 陀螺是光纤陀螺微型化最重要的发展方向, 其关键技术之一就是需要对构成谐振腔的微镜实施位移和偏转角度的精密调整与定位, 以保证光路在腔内形成闭合并产生谐振[ 3]。 多层 PZT 薄膜兼有块状材料和薄膜的优点, 可以在低压条件下工作, 具有体积小、 推力大、 精度及位移分辨力高等特点, 并且其制作方法可以与微加工工艺兼容[ 4 5]。[ 1]。 锆钛酸铅因此, 多层 PZT 薄膜作为制作微致动器的 首选材料, 利用其高 d33 的压电特性, 被用来解决空间谐振式 M OEM S 陀螺微反射镜( 简称微镜) 微位移和角度的精密调整与定位问题。1 微致动器结构设计要实现空间光路的谐振, 必须对微镜实施精确的控制, 包括对微镜的前后微位移和偏转角度的控制。为此设计了反射镜微位移及角度控制致动器, 致动器结构如图 1 所示。 致动器为圆柱形结构, 微镜放置在环形槽片中心柱的上表面, 角度致动器与环形槽片下

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