具有无热弹性阻尼结构扭转微机电谐振器件专利检索-扭转变形能泵和压缩机专利检索查询-专利查询网

具有无热弹性阻尼结构扭转微机电 谐振器件

阅读：531发布：2020-05-14

专利汇可以提供具有无热弹性阻尼结构扭转微机电谐振器件专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本实用新型公布了一种具有无热弹性阻尼结构扭转微机电谐振器件，包括基底、设置在基底上的第一驱动电极、第二驱动电极、感应电极、位于同一轴线上的第一扭转支撑梁和第二扭转支撑梁，以及由第一扭转支撑梁和第二扭转支撑梁共同支撑的扭转平板。扭转平板能够绕第一扭转支撑梁和第二扭转支撑梁所构成的扭转轴线旋转，第一驱动电极和第二驱动电极设置在扭转轴线的同一侧，感应电极设置在扭转轴线的另一侧，第一扭转支撑梁和第二扭转支撑梁的横向截面积相等。本实用新型的微机电谐振器件中，驱动电极能产生纯扭转力矩，纯扭转力矩引起纯扭转变形，纯扭转变形不产生热弹性阻尼。，下面是具有无热弹性阻尼结构扭转微机电谐振器件专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种具有无热弹性阻尼结构扭转微机电谐振器件，其特征在于，该器件包括基底（4）、设置在所述基底（4）上的第一驱动电极（5）、第二驱动电极（6）、感应电极（7）、位于同一轴线上的第一扭转支撑梁（2）和第二扭转支撑梁（3），以及由所述第一扭转支撑梁（2）和第二扭转支撑梁（3）共同支撑的扭转平板（1），所述扭转平板（1）能够绕第一扭转支撑梁（2）和第二扭转支撑梁（3）所构成的扭转轴线旋转，所述第一驱动电极（5）和第二驱动电极（6）设置在扭转轴线的同一侧，所述感应电极（7）设置在扭转轴线的另一侧，所述第一扭转支撑梁（2）和第二扭转支撑梁（3）的横向截面积相等。
2.根据权利要求1所述的具有无热弹性阻尼结构扭转微机电谐振器件，其特征在于，所述第一驱动电极（5）、第二驱动电极（6）和感应电极（7）均位于扭转平板（1）的下方，与扭转平板（1）间隔设置。
3.根据权利要求1或2所述的具有无热弹性阻尼结构扭转微机电谐振器件，其特征在于，所述第一驱动电极（5）设置在扭转轴线与第二驱动电极（6）之间。
4.根据权利要求1或2所述的具有无热弹性阻尼结构扭转微机电谐振器件，其特征在于，施加在第一驱动电极（5）上的电压与第二驱动电极（6）上的电压大小相等，相位相反。

说明书全文

具有无热弹性阻尼结构扭转微机电谐振器件

技术领域

[0001] 本文实用新型属于微机电系统MEMS领域，涉及一种具有无热弹性阻尼的扭转式微机电谐振器件。

背景技术

[0002] 品质因数是MEMS谐振器件的重要性能指标。对于封装在真空中的器件，热弹性阻尼是最重要的能量耗散因素之一。热弹性阻尼是由于机械结构在应力作用下发生压缩、拉伸，使得体积发生变化，导致热量产生并耗散掉，也即谐振器件的振动能量变为热能耗散掉。对于扭转式谐振器件，当前的普遍观点是：弹性力学的结果表明[S.A.Chandorkar,R.N.Candler,A.Duwel,R.Melamud,M.Agarwal,K.E.Goodson,T.W.Kenny,Multimode thermoelastic dissipation,Journal of Applied Physics,105(2009)043505.]，扭转变形不会引起体积发生变化，所以不会有热弹性阻尼。但实际上，当前扭转器件的驱动电极产生的不是纯扭转力矩。图2当前的常用的扭转器件示意图。由于只有一个驱动电极，驱动电极产生的静电力不仅使扭转支撑梁产生扭转变形，而且使扭转支撑梁产生弯曲变形。扭转支撑梁的弯曲变形会导致体积发生变化，会产生热弹性阻尼。这也是为什么当前的封装在真空中的扭转器件，并没有因为无热弹性阻尼，而达到应有的高品质因数。图3a和图3b就分别是支撑梁纯扭转变形和扭转-弯曲耦合变形引起的扭转平板的位置示意图。工程中，由于驱动电极面积较大，静电力相对支撑梁的刚度较大。因此，忽略弯曲变形在很多场合是不正确的。实用新型内容

[0003] 技术问题：本实用新型提供一种能够使扭转支撑梁产生纯扭转变形，而不会产生热弹性阻尼的具有无热弹性阻尼结构扭转微机电谐振器件。

[0004] 技术方案：本实用新型的具有无热弹性阻尼结构扭转微机电谐振器件，包括基底、设置在基底上的第一驱动电极、第二驱动电极、感应电极、位于同一轴线上的第一扭转支撑梁和第二扭转支撑梁，以及由第一扭转支撑梁和第二扭转支撑梁共同支撑的扭转平板。扭转平板能够绕第一扭转支撑梁和第二扭转支撑梁所构成的扭转轴线旋转，第一驱动电极和第二驱动电极设置在扭转轴线的同一侧，感应电极设置在扭转轴线的另一侧，第一扭转支撑梁和第二扭转支撑梁的横向截面积相等。

[0005] 本实用新型中，第一驱动电极、第二驱动电极和感应电极均位于扭转平板的下方，与扭转平板间隔设置。

[0006] 本实用新型中，第一驱动电极设置在扭转轴线与第二驱动电极之间。

[0007] 本实用新型中，施加在第一驱动电极上的电压与第二驱动电极上的电压大小相等，相位相反。

[0008] 本实用新型的具有无热弹性阻尼结构扭转微机电谐振器件中，在扭转轴的同一侧（如图4所示），设置两个面积相同的驱动电极：第一驱动电极和第二驱动电极。第一驱动电极相对转轴力臂是L1，第二驱动电极的力臂(L1+L2)。施加在第一驱动电极和第二驱动电极上电压大小相等，但相位相反。这样，第一驱动电极和第二驱动电极产生的静电力因为大小相等，方向相反，而相互抵消，但第二驱动电极产生的静电力矩大于第一驱动电极产生的静电力矩。所以，扭转支撑梁仅受纯扭转力矩作用，不会发生弯曲变形。此外，为了能产生大的纯扭转力矩，设计时应使L1尽量小些，L2尽量大些。

[0009] 需要特别指出的是：两个驱动电极也可以关于转轴对称设置。这样同样能产生纯扭转力矩。但是，驱动电极与感应电极在同一侧，将严重影响感应电极的位置设置。为了高的灵敏度，感应电极面积一般都较大。布置在同一侧将有较大困难。

[0010] 有益效果：本实用新型与现有技术相比，具有以下优点：

[0011] 当前的器件只有一个驱动电极，无法产生纯扭转力矩，会导致扭转支撑梁产生弯曲-扭转耦合变形。弯曲变形会导致热弹性阻尼产生。

[0012] 本实用新型的器件采用了两个面积相同驱动电极，分别施加大小相等但相位相反的电压，能产生纯扭转力矩，静电驱动力却可以相互抵消。这样，扭转支撑梁只发生扭转变形。不会产生热弹性阻尼。附图说明

[0013] 图1为本实用新型微机电谐振器件的结构示意图。

[0014] 图2为当前常用的扭转器件示意图。

[0015] 图3a为当前常用的扭转器件的扭转支撑梁发生纯扭转变形引起的扭转平板位置示意图。

[0016] 图3b为当前常用的扭转器件的扭转支撑梁发生扭转-弯曲耦合变形引起的扭转平板位置图。

[0017] 图4为本实用新型微机电谐振器件的侧视图。

[0018] 图中有：扭转平板1、第一扭转支撑梁2、第二扭转支撑梁3、基底4、第一驱动电极5、第二驱动电极6、感应电极7、驱动电极8。

具体实施方式

[0019] 下面结合实施例和说明书附图来进一步说明本实用新型技术方案。

[0020] 本实用新型的具有无热弹性阻尼结构扭转微机电谐振器件，包括基底4、设置在基底4上的第一驱动电极5、第二驱动电极6、感应电极7、位于同一轴线上的第一扭转支撑梁2和第二扭转支撑梁3，以及由第一扭转支撑梁2和第二扭转支撑梁3共同支撑的扭转平板
1。第一扭转支撑梁2和第二扭转支撑梁3所在的共同轴线构成扭转轴线，扭转平板1能够绕扭转轴线旋转。第一驱动电极5和第二驱动电极6设置在扭转轴线的同一侧，感应电极7设置在扭转轴线的另一侧，第一扭转支撑梁2和第二扭转支撑梁3的横向截面积相等。第一驱动电极5、第二驱动电极6和感应电极7均位于扭转平板1的下方，与扭转平板1间隔设置，且均不与第一扭转支撑梁2和第二扭转支撑梁3连接。第一驱动电极5设置在扭转轴线与第二驱动电极6之间，第一驱动电极5相对扭转轴的力臂长度小于是第二驱动电极
6相对扭转轴的力臂长度。本实用新型中，第一扭转支撑梁2、第二扭转支撑梁3、第一驱动电极5、第二驱动电极6和扭转平板1共同构成了无热弹性阻尼结构。

[0021] 图3a是当前的器件拟产生的理想变形（支撑梁的纯扭转变形时，扭转平板1的位置）。但是，当前的器件只有一个驱动电极8，无法产生纯扭转力矩，静电力还导致支撑梁弯曲变形。所以真实的变形是：支撑梁产生弯曲-扭转耦合变形。图3b是支撑梁产生弯曲-扭转耦合变形时，扭转平板1的位置。

[0022] 如图1和图4，本实用新型的器件采用了两个面积相同的驱动电极：第一驱动电极5和第二驱动电极6，分别施加大小相等但相位相反的电压。这样第一驱动电极5和第二驱动电极6产生的静电力大小相等，方向相反，相互抵消，支撑梁不会产生弯曲变形。但第一驱动电极5和第二驱动电极6产生的驱动力矩不同，所以最后的合力矩是纯扭转力矩，扭转支撑梁只有扭转变形。

[0023] 另外，如果不要求两个驱动电极面积相同，那么为了产生大小相等的静电力，第一驱动电极5和第二驱动电极6的驱动电压必须不一样。这样要求增加电压大小转换装置，使器件复杂化。只有第一驱动电极5和第二驱动电极6面积相同，驱动电压大小一样，只需反相即可，静电力就可相互抵消。反相是非常容易的。

标题	发布/更新时间	阅读量
踏板操作量检测装置	2020-05-13	318
一种简便的扭簧变形角测量工具	2020-05-14	71
压电智能扭振控制杆	2020-05-11	818
压电智能扭振控制杆	2020-05-11	110
一种组合式扭挤墩复合大塑性变形装置及成形方法	2020-05-13	739
钢筋桁架生产线的防止弦筋扭曲装置	2020-05-14	400
光学扫描装置	2020-05-13	381
一种椭圆截面弹性柱体自由扭转/变形的模拟方法	2020-05-12	116
挤压和扭转复合式弹性联轴器	2020-05-12	582
一种镁合金棒材的加工方法	2020-05-11	514

具有无热弹性阻尼结构扭转微机电谐振器件

具有无热弹性阻尼结构扭转微机电谐振器件

技术领域

背景技术

具体实施方式

该功能需要专业版企业版VIP权限，您可以：