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数字微镜的动力分析

作　者: 刘霞芳
导　师: 田文超
学　校: 西安电子科技大学
专　业: 精密仪器及机械
关键词: 微电子机械系统数字微镜装置数字光处理静电力粘附力
分类号: TH742
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
下　载: 128次
引　用: 3次
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内容摘要

微电子机械系统(MEMS)是科学技术在微观领域的发展和应用。微电子机械产品有着广阔的发展前景和潜在的巨大商业价值,在现代商业竞争中占有越来越重要的地位。数字微镜装置(DigitalMicromirrorDevices,简称DMD)是微电子机械系统理论的具体应用,是科学技术市场化、商品化的产物。本文简述数字微镜装置(DMD)和数字光处理(Digital Light Processing ,简称DLP)技术的工作原理和数字微镜(DMD)的芯片微结构。并阐述系统对芯片的功能和设计要求。根据拉格朗日—麦克斯韦理论,建立了包含静电力、粘附力的数字微镜机电动力学模型;并根据德州仪器公司数字微镜结构设计及其大致尺寸,确定数字微镜单元的结构尺寸和参数。运用积分法推导出微镜片倾斜极板静电转矩的表达式;由微观连续介质理论,推导出粘附力矩表达式;讨论控制电压序列的作用以及对微镜不同工作状态进行说明;并对静电转矩和粘附力矩进行数字仿真;通过比较,得出粘附力对微镜的影响不可忽略,且它对抑制碰撞颤动具有重要作用。根据材料力学、理论力学及机械振动学的相关理论,确定了数字微镜运动状态参数,并根据这些参数分析系统的运动微分方程,得到系统的运动曲线,该运动曲线与德州仪器的实测结果吻合较好,这说明数字微镜模型的建立、结构尺寸的确定、静电转矩的计算、粘附力矩计算和微分方程的求解等在理论上是正确、可行的。讨论了冲击力及冲击力矩,建立数字微镜受到冲击时机电动力学模型,分析微镜受冲击的运动微分方程,得到微镜的运动曲线,通过和微镜未受冲击的运动曲线做比较,得出冲击对微镜的运动几乎没有影响,这说明微镜抗冲击性能很好;最后,用多种阻尼系数进行动力仿真,得到转动阻尼和碰撞阻尼对系统影响并不十分明显。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-7
第一章绪论  7-13
  1.1 引言  7-8
  1.2 数字微镜装置应用于投影技术的优势  8-10
  1.3 当前国际国内相关技术的发展情况  10-11
  1.4 本文主要目的和主要工作  11-13
第二章数字光处理与数字微镜的工作原理、结构  13-21
  2.1 数字光处理技术  13-16
  2.2 数字微镜技术及基本结构  16-18
  2.3 数字微镜的设计要求  18-21
第三章数字微镜受静电力、粘附力时机电动力学模型及结构参数  21-33
  3.1 拉格朗日―麦克斯韦方程  21-26
    3.1.1 电路方程式  21-23
    3.1.2 有质动力  23-24
    3.1.3 拉格朗日-麦克斯韦方程  24-26
  3.2 建立数字微镜受静电力、粘附力时的机电动力学模型  26-28
    3.2.1 数字微镜机电动力学模型的建立  26-28
  3.3 数字微镜结构参数确定  28-33
第四章静电转矩和粘附力矩分析  33-51
  4.1 静电转矩分析  33-45
    4.1.1 静电转矩分析  33-40
    4.1.2 控制电压序列  40-41
    4.1.3 微反射镜片不同运动状态说明  41-43
    4.1.4 微镜电位差及结构参数确定  43
    4.1.5 静电转矩的仿真  43-45
    4.1.6 微镜静电转矩仿真讨论  45
  4.2 粘附力矩分析  45-51
    4.2.1 粘附力物理模型  46
    4.2.2 微观连续介质理论  46-47
    4.2.3 接触力数学模型  47-48
    4.2.4 粘附力矩分析  48-50
    4.2.5 粘附力矩仿真讨论  50-51
第五章数字微镜运动模拟及结果分析  51-61
  5.1 数字微镜参数确定  51-54
    5.1.1 系统转动惯量确定  51-53
    5.1.2 铰链扭转轴扭转刚度确定  53
    5.1.3 阻尼系数确定  53-54
  5.2 运动模拟及结果分析  54-61
    5.2.1 系统的角位移曲线和角速度曲线  54-59
    5.2.2 数字微镜运动状态的讨论  59-61
第六章数字微镜抗冲击机电动力学模型及仿真分析  61-73
  6.1 冲击分析  61-62
  6.2 数字微镜抗冲击机电动力学模型  62-64
  6.3 运动模拟及结果分析  64-67
  6.4 阻尼分析  67-73
第七章总结与展望  73-75
  7.1 主要工作与结论  73
  7.2 本文工作的主要创新点  73-74
  7.3 工作展望  74-75
致谢  75-77
参考文献  77-81
作者在读期间的研究成果  81-83
附录A：静电转矩的计算结果  83-87
附录B：静电转矩的计算结果  87-89

数字微镜的动力分析

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