基于液晶背流效應(yīng)的微驅(qū)動(dòng)器、驅(qū)動(dòng)裝置及其動(dòng)態(tài)性能測量裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及液晶流體動(dòng)力學(xué)和光學(xué)測量領(lǐng)域，特別是涉及一種基于液晶背流效應(yīng)的微驅(qū)動(dòng)器、驅(qū)動(dòng)裝置及其動(dòng)態(tài)性能測量裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]微驅(qū)動(dòng)器是微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)的核心部件。現(xiàn)代超精密機(jī)械加工、光學(xué)儀器以及生物研究領(lǐng)域也對(duì)微型驅(qū)動(dòng)器提出了越來越高的性能和精度要求，新型微驅(qū)動(dòng)器的關(guān)鍵技術(shù)研究將有效地促進(jìn)微機(jī)電系統(tǒng)及其集成技術(shù)的發(fā)展。但現(xiàn)有的微驅(qū)動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)材料都存在一定的應(yīng)用局限性；使得需要高驅(qū)動(dòng)電壓，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)比較復(fù)雜，尺寸難以達(dá)到微米級(jí)，甚至是納米級(jí)的程度，不易大規(guī)模集成化，嚴(yán)重影響了其實(shí)際應(yīng)用和發(fā)展。而探索新型功能材料作為微驅(qū)動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)源是一個(gè)艱苦而漫長的過程。需要構(gòu)成微驅(qū)動(dòng)器的材料性能優(yōu)越，同時(shí)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上盡可能合理，才能通過微型化(特征尺寸范圍為Ium-1Omm)和集成化，達(dá)到采用新的工作原理和實(shí)現(xiàn)新的功能的目的。
[0003]另外測量動(dòng)態(tài)性能參數(shù)是驅(qū)動(dòng)器設(shè)計(jì)中非常重要的設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，決定了驅(qū)動(dòng)器的使用性能和應(yīng)用范圍。而且微驅(qū)動(dòng)器的尺寸小，如何在微尺度情況下通過實(shí)驗(yàn)精確測量微驅(qū)動(dòng)器的動(dòng)態(tài)性能參數(shù)，并闡明控制參數(shù)對(duì)動(dòng)態(tài)性能的影響關(guān)系，是微驅(qū)動(dòng)器實(shí)際應(yīng)用的一個(gè)關(guān)鍵問題。傳統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)器動(dòng)態(tài)性能測量方法難以測量納米級(jí)參數(shù)值，無法滿足微驅(qū)動(dòng)器的測量使用。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004]為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種基于液晶背流效應(yīng)的微驅(qū)動(dòng)器、驅(qū)動(dòng)裝置及其動(dòng)態(tài)性能測量裝置。本發(fā)明公開了一種基于液晶背流效應(yīng)的微驅(qū)動(dòng)器、驅(qū)動(dòng)裝置及其動(dòng)態(tài)性能測量裝置，利用液晶材料在脈沖電場的作用下，液晶分子指向矢發(fā)生連續(xù)變化形成液晶背流效應(yīng)的動(dòng)力學(xué)特性，設(shè)計(jì)出液晶型微驅(qū)動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)裝置，通過調(diào)整外電場的強(qiáng)度、頻率和占空比來控制液晶分子的旋轉(zhuǎn)速度，從而產(chǎn)生脈沖式的驅(qū)動(dòng)力來實(shí)現(xiàn)微驅(qū)動(dòng)器的步進(jìn)運(yùn)動(dòng)。利用連續(xù)時(shí)域編碼技術(shù)清晰地觀測液晶型微驅(qū)動(dòng)器的運(yùn)動(dòng)過程，通過運(yùn)動(dòng)跟蹤技術(shù)分析出其各種動(dòng)態(tài)性能參數(shù)。通過上述方式，本發(fā)明能夠通過簡單結(jié)構(gòu)利用液晶將電能轉(zhuǎn)換為動(dòng)能，實(shí)現(xiàn)真正意義上的微納米尺度的驅(qū)動(dòng)器，并精確地測量到在微小空間內(nèi)的高速位移變化，有望在生物醫(yī)療等低電壓精密驅(qū)動(dòng)領(lǐng)域得到可靠的實(shí)際應(yīng)用。
[0005]—種基于液晶背流效應(yīng)的微驅(qū)動(dòng)器，液晶型微驅(qū)動(dòng)器7包括微驅(qū)動(dòng)器移動(dòng)部件(移動(dòng)上板)1、液晶材料2、微小球狀顆粒3、底座(固定下板)4、鍍金電極膜5、配向膜6 ;微驅(qū)動(dòng)器移動(dòng)上板和固定下板均勻噴涂鍍金電極膜5和高分子配向膜6 ;微小球狀顆粒3混合于液晶材料2，置于移動(dòng)上板和固定上板之間。
[0006]—種利用所述的液晶型微驅(qū)動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)裝置包括:微驅(qū)動(dòng)器7、細(xì)鐵棒8、液滴9、電極夾10 ;外加電場通過電極夾10傳給微驅(qū)動(dòng)器的上下板；為了減小對(duì)運(yùn)動(dòng)上板I的影響，電極夾夾住細(xì)鐵棒8懸于運(yùn)動(dòng)上板一定距離之上，中間通過導(dǎo)電液滴9連接。當(dāng)接通電場后，可使液晶分子發(fā)生形變，導(dǎo)致分子排列形式的變化，引起液晶背流效應(yīng)的形成，從而可以推動(dòng)目標(biāo)物體的移動(dòng)。
[0007]一種測量所述的液晶型微驅(qū)動(dòng)器動(dòng)態(tài)性能的方法，包括微驅(qū)動(dòng)器7、信號(hào)發(fā)生器11、功率分析儀12、超窄脈沖光源13、影像采集裝置14、色散器件15、光電探測器16、電腦17。信號(hào)發(fā)生器11和功率分析儀12均連接在液晶型微驅(qū)動(dòng)器7的電極兩端。寬譜超窄脈沖13被用作為光源，影像采集裝置14采集被觀測微驅(qū)動(dòng)器運(yùn)動(dòng)過程的影像信息，影像信息在色散器件15上被展開為光信號(hào)信息，再利用光電探測器16讀取光信號(hào)上的信息，并在電腦17中處理收集到的信息。
[0008]為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明之目的，可采用以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn):
[0009]—種液晶型微驅(qū)動(dòng)器，包括:移動(dòng)部件、液晶材料、微小球狀顆粒和底座；其中:
[0010]移動(dòng)部件本體上、下表面形成有第一電極，所述上、下表面的第一電極之間電連接，在下表面的該第一電極表面覆蓋有配向膜，移動(dòng)部件本體上表面第一電極為反光面；
[0011]底座本體上表面形成有第二電極，在該第二電極表面覆蓋有配向膜；
[0012]移動(dòng)部件間隔預(yù)定距離位于底座上方，在移動(dòng)部件與底座之間填充有液晶材料，液晶材料分別與底座的配向膜和移動(dòng)部件的配向膜相接觸；
[0013]微小球狀顆?；旌嫌谝壕Р牧现校糜谝苿?dòng)部件和底座之間。
[0014]所述的微驅(qū)動(dòng)器，優(yōu)選的:所述移動(dòng)部件為移動(dòng)上板。
[0015]所述的微驅(qū)動(dòng)器，優(yōu)選的:所述底座為固定下板。
[0016]所述的微驅(qū)動(dòng)器，優(yōu)選的:所述第一電極為覆蓋在移動(dòng)部件整體上的鍍金電極膜，第二電極為覆蓋在底座本體上表面上的鍍金電極膜。
[0017]所述的微驅(qū)動(dòng)器，優(yōu)選的:所述配向膜為高分子配向膜。
[0018]一種液晶型微驅(qū)動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)裝置，包括:如上之一所述的微驅(qū)動(dòng)器，細(xì)鐵棒，導(dǎo)電液滴和電極夾；
[0019]其中，導(dǎo)電液滴設(shè)置在移動(dòng)部件上表面的第一電極上并與該第一電極直接接觸，一個(gè)電極夾夾住細(xì)鐵棒使得細(xì)鐵棒并位于移動(dòng)部件上表面一定距離之上且不與移動(dòng)部件上表面的第一電極直接接觸，該細(xì)鐵棒與導(dǎo)電液滴接觸，另一個(gè)電極夾夾住底座并與第二電極接觸，外加電場通過上述電極夾傳給微驅(qū)動(dòng)器的移動(dòng)部件和底座。
[0020]一種測量如上之一所述的液晶型微驅(qū)動(dòng)器動(dòng)態(tài)性能的裝置，包括:信號(hào)發(fā)生器、功率分析儀、超窄脈沖光源、影像采集裝置、色散器件、光電探測器和電腦，其中:
[0021]信號(hào)發(fā)生器和功率分析儀均連接在液晶型微驅(qū)動(dòng)器的第一電極和第二電極兩端，信號(hào)發(fā)生器發(fā)出電信號(hào)驅(qū)動(dòng)所述微驅(qū)動(dòng)器的移動(dòng)部件移動(dòng)，功率分析儀測量并顯示液晶型微驅(qū)動(dòng)器的電壓、電流、電阻和/或電容變化；
[0022]超窄脈沖光源發(fā)出光，照射在液晶型微驅(qū)動(dòng)器的移動(dòng)部件上表面，所述微驅(qū)動(dòng)器的移動(dòng)部件上表面對(duì)該光進(jìn)行反射；
[0023]影像采集裝置采集被觀測微驅(qū)動(dòng)器運(yùn)動(dòng)過程的反射光；
[0024]影像采集裝置采集的反射光在色散器件上被展開為光信號(hào)信息；
[0025]利用光電探測器讀取光信號(hào)信息，并在電腦中處理收集到的信息。
[0026]—種測量如上所述的液晶型微驅(qū)動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)裝置動(dòng)態(tài)性能的裝置，包括，信號(hào)發(fā)生器、功率分析儀、超窄脈沖光源、影像采集裝置、色散器件、光電探測器和電腦，其中:
[0027]信號(hào)發(fā)生器和功率分析儀均連接在液晶型微驅(qū)動(dòng)器的第一電極和第二電極的兩端，信號(hào)發(fā)生器發(fā)出電信號(hào)驅(qū)動(dòng)所述微驅(qū)動(dòng)器的移動(dòng)部件移動(dòng)，功率分析儀測量并顯示液晶型微驅(qū)動(dòng)器的電壓、電流、電阻和/或電容的變化；
[0028]超窄脈沖光源發(fā)出光，照射在液晶型微驅(qū)動(dòng)器的移動(dòng)部件上表面，所述微驅(qū)動(dòng)器的移動(dòng)部件上表面對(duì)該光進(jìn)行反射，當(dāng)移動(dòng)部件移動(dòng)時(shí)，其反射的光信號(hào)強(qiáng)度發(fā)生變化，移動(dòng)部件的運(yùn)動(dòng)過程的影像信息被記錄在光信號(hào)的強(qiáng)度變化上；
[0029]影像采集裝置采集被觀測微驅(qū)動(dòng)器運(yùn)動(dòng)過程的反射光；
[0030]影像采集裝置采集的反射光在色散器件上被展開為光信號(hào)信息；
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