微机械谐振器中三种不同非线性状态的调控

《Journal of Microelectromechanical Systems》：Regulation of Three Different Nonlinear States in Micromechanical Resonators

非线性微机电谐振器的性能提升依赖于精确调控混合非线性特性，传统模型仅考虑硬化或软化效应而忽略混合状态。通过单根直微机电梁的实验，发现调节激励强度与电热电流可实现三种非线性状态的转换（硬化、软化、混合）。基于幅频响应主曲线建立的解析模型有效表征了状态边界，揭示了二次与三次非线性系数及激励强度对状态转换的调控机制。

　　

摘要：

非线性的引入极大地扩展了微机械谐振器的性能和应用范围，这使得设计和调节定制的非线性特性变得至关重要——这需要识别不同的非线性状态。虽然传统模型能够解释硬化或软化两种非线性现象，但它们常常忽略了混合非线性，即振幅-频率响应中的双重跳变（右侧为硬化，左侧为软化）。为了阐明硬化、软化和混合状态之间的转换，我们在一根单根微机械直梁上进行了实验，通过调节激励信号和电热电流来诱导这三种不同的非线性状态。基于观察到的关键曲线，我们建立了一个分析模型来描述这些非线性状态的边界。该模型与实验结果高度吻合，证明了其在捕捉潜在趋势方面的有效性。该模型并不提供精确的预测，而是揭示了二次和三次非线性系数以及激励强度如何影响状态转换。这些发现有助于更好地理解非线性行为，并为微机械系统中非线性状态的设计和调节提供指导。[2025-0044]