硅微陀螺是一个涉及力、电和流体等多个能量域的复杂系统,设计过程中综合考虑这些能量域的耦合作用有利于预测和改善陀螺的系统性能.本文采用半解析的方法分析了陀螺中的静电-结构耦合问题,引入机电转换单元模拟了偏置电压对驱动模态和敏感模态频率的影响.结果表明基于半解析的耦合分析方法能准确快速地求解微陀螺的静电-结构耦合问题.

该文介绍了静电谐波微电机的基本工作原理。通过分析系统中存在的静电结构耦合关系,并进行离散化处理,建立了结构场和静电场的有限元耦合平衡方程。讨论了静电场和结构场之间存在的耦合条件和各场的边界条件。由结点映射推导出位移和力在两物理场交界面上传递的表达式。总结了静电-结构耦合问题的迭代求解框图和详细步骤。通过对系统的有限元仿真,得到了柔轮的径向位移分布及其随系统参数的变化规律。所得的结果为进一步研究微电机的性能提供了依据。