光MEMS微镜芯片的有限元网格技术研究

• 作者: 苏钰 喻磊 周杰 陈士涛 何凯旋
• 来源期刊: 科技与创新
• 学科: 工学
• 关键词: 静电驱动扫描微镜 网格划分 COMSOL Multiphysics 有限元
• 年，卷（期）: 2024,（9）
• 页码范围: 12-15
• 页数: 4页
• 语种: 中文
• DOI: 10.15913/j.cnki.kjycx.2024.09.003

摘要

通过COMSOL Multiphysics软件对静电驱动扫描微镜的特征频率进行求解，并对其进行了稳态和频域分析。首先向扫描微镜添加静电及固体力学2个物理场，在划分网格时，分别对扫描微镜采用不分区域传统四面体网格、分区域四面体网格及分区域自主划分网格3种网格划分方式，比较了3种网格划分方式的计算结果及效率。其中，采用不分区域传统四面体网格共生成2 086 176个网格，扫描微镜特征频率为8 420.9 Hz；采用分区域四面体网格共生成1 604 449个网格，扫描微镜的特征频率为8 348.2 Hz；采用自主划分网格共生成223 670个网格，扫描微镜的特征频率为8 349.4 Hz。不分区域四面体网格求得特征频率误差较大，故舍去这种方式。同时对稳态进行求解，在分区域传统四面体网格情况下，得出静电场特性下的电势分布图与应力分布图，在电压为30 V、瑞利阻尼为100时，对微镜进行频域分析，其最大偏转角度为7.139 6°，仿真时间为137 min；同样条件下，得出采用分区域自主划分网格时的电势分布图与应力分布图，微镜最大偏转角度为7.161 9°，仿真时间为38 min。在精度相近的情况下，与传统四面体网格相比，对微镜采用自主划分网格时，网格数量明显减少，求解效率明显提高。