连，所述轴向平行板 控制器8的左极板与石墨稀薄膜传感器4另一端相连接。
[0018] 纳米梁3为欧拉-伯努利细长梁，谐振器纳米梁静电吸合控制系统各部件参数 如下：纳米梁3的长度J=30um、宽度於500nm和厚度A=300nm，纳米梁的杨氏模量方=169 Gpa，纳米梁粘弹性系数#=4X10 6N/(m/s)，驱动电极与纳米梁下表面的距离^=500nm，时滞 ωγ=7π/6,石墨稀薄膜传感器4长度和厚度分别为10μπι和0. 35nm，石墨稀薄膜传感器4 电阻率为1Χ1〇8Ωπι，纳米梁的密度p=2330kg/m3,轴向平行板控制器8的长度、宽度分别 为10μm和10μm，轴向平行板控制器8左右极板间的距离4=l〇〇nm，反馈控制参数沿=8， 沿=150,分压电阻1-矽20=28Ω，驱动电压％=1. 76V，控制电源5所产生的控制电压炉1. 5V， 真空介电常数4=Sd10-13〇3#1^，f取值为〇. 1。
[0019]本实施例一种谐振器纳米梁静电吸合控制系统的控制方法，其具体步骤如下： 步骤一，确定纳米梁主共振峰值振幅<3^:
步骤二，确定纳米梁吸合临界烧度r。： ::海=|先^倉:dS::tli; 步骤三，确定纳米梁吸合临界电压
步骤四，纳米梁与基底电极吸合时驱动电压的吸合频率ο:
本发明的一种谐振器纳米梁静电吸合控制系统及其控制方法，通过调节信号源产生的 驱动电压Κ使其小于吸合临界电压K=1.76V，避免了在吸合频率P=9. 17MHz下纳米梁与 驱动电极的吸合。
[0020] 当控制电源所产生的控制电压碑P时滞《Γ发生变化时，本发明实施例得到的吸 合临界电压K也会发生变化，结果如图2所示，当时滞《Γ取得固定值时，在有效时滞范围 内，吸合临界电压K随着控制电压游]增大而增大；当控制电源所产生的控制电压以不发 生变化时，在有效时滞范围内，增大时滞《r，吸合临界电压K也随之增大，但是时滞ωr 超过一定值，吸合临界电压Κ随之减小，因而通过调节控制电源所产生的控制电压^及设 置适当的时滞值《r可以减小吸合临界驱动电压。
[0021] 在三种时滞《r下当控制电源所产生的控制电压战:生变化时，本发明实施例得 到的吸合临界电压Κ相应的变化结果如图3所示，当时滞取得固定值时，吸合临界电压Κ 随着控制电压游]增大而增大；另外，当控制电压^不发生变化时，时滞量越大，吸合临界电 压Κ也越大，由此通过调节控制电压所产生的控制电压^及设置适当的时滞《r均可以 减小纳米梁与驱动电极吸合的可能性。
[0022] 在三组反馈控制参数沿和ft下，当时滞《r发生变化时，本发明实施例得到的吸 合频率P相应的变化结果如图4所示，随着时滞《r的增大，吸合频率P逐渐减小，当时 滞《r在4. 5~5范围时，吸合频率P取得极小值，进一步增大时滞，吸合频率P又开始增 大，说明存在一个最佳时滞《r使得吸合频率Ο取得最小值，不同的反馈控制参数&和 A下，吸合频率P取得最小值所对应的最佳时滞《r亦有所不同。
[0023] 以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在 本发明的原理和技术思想范围之内，所作的任何修改、等同替换以及改进，均应包含在本发 明所述的保护范围之内。
【主权项】
1. 一种谐振器纳米梁静电吸合控制系统，包括驱动装置、信号提取装置和控制装置三 部分，其特征在于：所述驱动装置包括驱动电极（1)、信号发生器（2)和纳米梁（3)，其中驱 动电极⑴位于纳米梁⑶下方，且与纳米梁⑶平行，信号发生器⑵一端连接驱动电极 (1)，另一端连接纳米梁（3)，三者组成串联电路；所述信号提取装置包括石墨烯薄膜传感 器（4)、控制电源（5)和分压电阻（6)，且三者组成一个闭合电路，其中所述石墨烯薄膜传感 器（4) 一端与控制电源（5)相连，另一端与分压电阻（6)相连，所述分压电阻另一端与控制 电源（5)串联；所述控制装置包括吸合控制器（7)和轴向平行板控制器（8)，且吸合控制器 (7)、轴向平行板控制器（8)与石墨烯薄膜传感器（4)组成闭合回路，其中所述吸合控制器 (7) -端与石墨烯薄膜传感器⑷相连，另一端与轴向平行板控制器⑶的右极板相连，所 述轴向平行板控制器（8)的左极板与石墨烯薄膜传感器（4)另一端相连接。2. -种谐振器纳米梁静电吸合控制系统的控制方法，其特征在于包括以下步骤： 步骤一，确定纳米梁主共振峰值振幅<3^:为纳米梁简谐振动的振动频率，《 Γ为时滞，0为纳米梁的模态函数，府P J分别是纳米梁 的杨氏弹性模量和横截面面积，r是纳米梁的宽度，A为纳米梁厚度，p为纳米梁的密度， #为纳米梁粘弹性系数，&和&为反馈控制参数，#为驱动电极与纳米梁下表面的距离，J 为纳米梁的长度，r为石墨烯薄膜传感器电阻，A为分压电阻，〖为控制电源所产生的控制电 压，ε。为真空介电常数，X为纳米梁在水平方向上的位置坐标，4为轴向平行板控制器左右 极板间的距离，Pd和為分别为石墨烯薄膜传感器的电阻率和截面面积； 步骤二，确定纳米梁吸合临界烧度r。：步骤三，确定纳米梁吸合临界电压匕：式中a和A分别为轴向平行板控制器极板的长度和宽度； 步骤四，纳米梁与基底电极吸合时，驱动电压的吸合频率〇:式中，为小参数
【专利摘要】本发明公开了一种谐振器纳米梁静电吸合控制系统及其控制方法，该系统包括驱动装置、信号提取装置和控制装置三部分。该控制方法包括以下步骤：1)确定纳米梁主共振峰值振幅；2)确定纳米梁吸合临界挠度；3)确定纳米梁吸合临界电压；4)确定纳米梁与基底电极吸合时驱动电压的吸合频率。本发明利用石墨烯薄膜的电阻随着其变形而变化的特性，作为位移传感器件应用于纳米梁与驱动电极的吸合控制，解决了现有NEMS器件因纳米梁与驱动电极发生吸合效应而失效的问题。
【IPC分类】G05B17/02
【公开号】CN105334754
【申请号】CN201510923835
【发明人】刘灿昌, 岳书常, 巩庆梅, 刘文晓, 马驰骋, 周继磊
【申请人】山东理工大学
【公开日】2016年2月17日
【申请日】2015年12月14日