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A MEMS electro-mechanical co-optimization platform featuring freeform geometry optimization based on a genetic algorithm
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AI
DOI：10.1038/s41378-025-00910-w.png)
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摘要
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本文描述了一种基于遗传算法（GA）并采用自由曲面几何形状的微机电系统（MEMS）器件的系统级设计方法。所提出的方法能够同时设计和协同优化包含自由曲面几何形状的MEMS器件的电子和机械部分，以实现更优的系统性能，即高灵敏度、良好的系统稳定性和大的加工容差。此外，自由曲面几何形状的引入为设计过程提供了更高的自由度，提高了设计的多样性和潜在的MEMS器件性能。文中提出了一种包含自由曲面机械运动前置放大器的闭环控制系统的MEMS加速度计，用以验证设计方法的有效性。优化过程显示，主要性能指标（FOM）提高了195%。仅就机械部件（开环系统）而言，灵敏度和带宽的乘积提高了151%，灵敏度增加了276%。对于闭环性能，开环与闭环位移比提高了120%，闭环系统中的灵敏度和带宽的乘积提高了27%。该系统实现了对加工误差和参数失配的优异抗干扰能力。实验表明，在1 g 100 Hz加速度输入下，与开环系统相比，闭环系统的MEMS加速度计位移在4.85 V反馈电压下减少了86%。在±1 g加速度输入范围内，闭环系统的静态和动态非线性度相较于开环系统分别改善了64%和61%。此外，闭环系统相较于开环系统，交叉轴灵敏度提高了18.43%。这是首次成功实验实现包含机械运动前置放大器的MEMS加速度计的闭环系统。
Keyword:
DESIGN
期刊
M
IF:
9.9
论文数:
1.3K
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6.7K
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Toward Sensitivity Enhancement of MEMS Accelerometers Using Mechanical Amplification Mechanism.png)
IEEE SENSORS JOURNAL
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