压膜和滑膜

     流体   压膜和滑膜 

压膜和滑膜阻尼

在微系统中,当释放(或自由运动)的结构与基板(更大的固定结构)被薄层气体分隔时,往往会产生薄膜阻尼。该释放结构运动时,薄层气体会发生流动,由此引起的能耗就会产生阻尼。

膜阻尼中,释放结构产生运动,与基板之间的间隙变大或变小。当间隙变小时,两个表面之间的气膜会被挤压。在 膜阻尼中,释放结构平行于基板进行运动,使气膜中产生剪切变形。一般来说,结构的运动会同时产生压膜阻尼和滑膜阻尼,但在实际设备中,往往是其中一个过程占主导地位。

由于结构在运动时会发生能量耗散,薄膜在这两种情况下都会产生阻尼效应。虽然薄膜阻尼有时会带来一些负面影响,但有时人们也将它用作控制组件瞬态操作的一种机制。

雷诺方程

雷诺方程可用于分析气体或液体薄膜在两个运动表面之间的流体动力学。这一偏微分方程主要描述润滑压力与流动膜厚度、局部流体流速和表面速度之间的相互关系,其中假设流体膜的厚度远小于设备的其他尺寸。

加速度计设计中的薄膜阻尼

许多 MEMS 加速度计都设计为测量由一个狭缝隔开的微结构相对于基板的位移。当整个装置受到加速度作用时,释放的微结构在运动过程中会接近或远离基板。相互接近时会造成气膜被挤压,从而产生阻尼力。当两个表面相互远离时,就会产生相反的作用。

将加速度计密封在一个容器中,就能对气体的压力进行调节。为了确保加速度计受到的阻尼接近临界阻尼,需要慎重选择气压。也就是说,需要实现微结构以最快的速度对加速度的变化做出响应,且不能产生振荡。

突出显示流体压力的模型。

振动盘表面上受到的流体压力。

振动盘表面上受到的流体压力。

上图显示一个圆盘结构在远离基板的运动过程中,其下方的压力变化情况。

发布日期:2015 年 1 月 13 日
上次修改日期:2017 年 2 月 21 日