www.mktop_.ir

مقاله در مورد محاسبات و شبیه سازی خازن شانه ای MEMS با نرم افزار  intelli suite  از این مطلب میتوانید در پایان نامه و مقاله سمینار و … خود استفاده بنمایید.

ﯾﮑﯽ از ﻣﺒﺎﺣﺚ ﻣﻬﻢ در زﻣﯿﻨﻪهﺎی ﻣﺨﺘﻠﻒ ﺗﺤﻘﯿﻘﺎﺗﯽ، ﻣﻬﻨﺪﺳﯽ و ﻋﻠﻮم زﯾﺴﺘﯽ اﯾﻦ اﺳﺖ ﮐﻪ ﺑﺘﻮان ﻣﺘﻐﯿﺮهای ﻣﺤﯿﻄﯽ را ﺑﻪ ﮐﻤﮏ ﺣﺴﮕﺮهایی ﺑﺎ ﻗﺎﺑﻠﯿﺖ اﻃﻤﯿﻨﺎن و ﺣﺴﺎﺳﯿﺖ ﺑﺎﻻ اﻧﺪازﻩگیری ﻧﻤﻮد. اﻣﺮوزﻩ ﮐﻮﭼﮑﺘﺮ و ﺣﺴﺎسﺗﺮﮐﺮدن ﺣﺴﮕﺮها برای افزایش کارایی و قابلیت اطمینان بیشتر، لازمه پیشرفت در صنایع مختلف است. ﺗﮑﻨﻮﻟﻮژی های فناوری سیستم‌های میکروالکترومکانیکی MEMS این نیاز را برآورده میکند. این تکنولوژی حاصل تلفیق اجزای مکانیکی، حسگرها، محرکها و قطعات الکترونیکی بر روی یک لایه سیلیکون به کمک فناوری ساخت تراشه‌های میکرونی است .

یکی از مهمترین حسگرهایی که در صنایع مختلف همچون هوافضا، پزشکی، نظامی، خودرو سازی و مخابرات بیشترین نیاز در آن مشاهده و هر روز کاربرد جدیدی برای آن یافت می‌گردد، ژیروسکوپ می‌باشد. ژیروسکوپ وسیله‌ای برای اندازه‌گیری و یا حفظ جهت بوده که از اصل بقای تکانه زاویه‌ای استفاده می‌کند . یک ژیروسکوپ مکانیکی کلاسیک همیشه یک چرخ یا دیسک چرخنده با محور آزاد دارد که به دور خود با سرعت در حال گردش است و قادر است که برای یک سیستم، مختصات مرجع تعریف کرده و نسبت به آن هرکونه تغییرات در موقعیت، زاویه و سرعت زاویه ای را بدست آورد. از مهمترین کابردهای آن در کنترل و جهت یابی وسایل نقلیه در سیستم ناوبری ماهواره، هواپیما و کشتی می باشد. با توجه به نیاز صنایع به دقت و قابلیت اطمینان بالای حسگر ها، تنوع گسترده ای از طرح های ژیروسکوپ های میکرو ماشین شده طراحی شده است. ولی اکثریت ژیروسکوپ های MEMS گزارش شده، استفاده از ارتعاش را براساس زایده های مرتعش موسوم به هالتر در بال و سر حشرات که در حفظ تعادل، جهت یابی و تعیین مسیر به آنها کمک میرساند، پیشنهاد نموده اند .محاسبات و شبیه سازی خازن شانه ای MEMS با نرم افزار  intelli suite

با استفاده از روش تحلیل ارتعاشات می‌توان عناصر مکانیکی شامل دیسک چرخان و یاتاقا‌ن‌ها را حذف نمود ، بالطبع تلفات اصطکاک ناشی از آنها نیز حذف خواهد شد. به این دلیل اصلی ژیروسکوپ ارتعاشی با موفقیت با تکنولوژی MEMS در آمیخته و به سرعت با ژیروسکوپ های رایج جایگزین شدند. این نوع ژیروسکوپ‌های کوچکتر ، وظیفه مندتر، سبکتر و قابل اطمینان تر بوده و در مدارهای مجتمع از آن استفاده نمود.

یکی از روش های تولید این سیستم، روش خازن شانه‌ایمی‌باشد. در این روش از چند آرایه خازن که مانند دندانه های شانه می‌باشد استفاده میکنند. مزیت این روش در آن است که بعلت تغییر مساحت سطح خازن متغیر، اثرات ولتاژ پولین حذف می‌گردد. همچنین نیروهای مخالف با حرکات صفحات متحرک خازن، بعلت تقارن در کمترین حالت خود قرار می‌گیرد. در این روش به وسیله تیرک هایی جرم صفحه اصلی را معلق نگه داشته و با اعمال ولتاژ به الکترودهای درایو و صفحه اصلی ، حالت صفر شروع به کار دستگاه را برای آن در نظر می‌گیرند. با ایجاد ارتعاش ، دندانه های شانه‌ای در هم فرو رفته و مقدار خازن میان صفحات تغییر میکند (شکل۱). با محاسبه این تغییرات خازنی و و تحلیل آن با روشهای مکانیکی همچون نیرو های کریولیس، جریانات کوییت، ساختار فنر، و بررسی تغییرات سرعت زاویه ای و تشدید و نمودارهای حرکت، میتوان دید دقیقی از جابجایی سیستم بدست آورد.

قسمت مکانیکی یک سنسور خازن شانه ایMEMS www.mktop.ir

قسمت مکانیکی یک سنسور خازن شانه ایMEMS www.mktop.ir

یک سنسور MEMS دارای دو بخش است. قسمت اول قسمت مکانیکی و قسمت دوم آن قسمت تحلیلگر الکتریکی بوده که شامل فیلترهای الکتریکی و تحلیگرهای نویز، منبع تغذیه و … میباشد. فیلتر های الکتریکی مختلفی همچون فیلتر کالمنو روش تحلیل دلتا سیگما و تحلیل و بررسی شبکه عصبی و… برای تحلیل دقیق تغییرات خازن اندازه گیری شده، مطرح شده اند. این نوع فیلتر ها وظیفه تقویت ولتاژ خروجی و جداسازی سیگنال های نویز را بر عهده دارند . اساس همه آنها بر جداسازی نویز های مکانیکی و الکتریکی از پاسخ خروجی، و در نتیجه تحلیل دقیق زاویه و اندازه حرکت از طریق تبدیل تغییرات خازن به ولتاژ و جریان خروجی است. این ولتاژ و جریان خروجی دستگاه با معادلات دینامیک در هم آمیخته و زاویه و شتاب دستگاه را تعیین مینماید .   در فیلم زیر نمونه ای از شبیه سازی  توسط نرم افزار  intellisuite را مشاهده می نمایید.

تشدید کننده را می توان به بخش های مختلفی تقسیم نمود.

قسمت مکانیکی یک تشدید کننده خازن شانه ایMEMS www.mktop.ir

قسمت مکانیکی یک تشدید کننده خازن شانه ایMEMS www.mktop.ir

 

در اجزای نشان داده شده تنها الکترود درایو و anchors ثابت است و باقی قسمت ها متحرک میباشند.

عامل کیفیت توسط جریانات کوئیت ، میرایی هوا ، اصطکاک و میرایی داخلی ، مشکلات حرکتی anchors میباشد. این ضریب کیفیت در شرایط عادی حدود ۱۰۰ و در خلاء به ۱۰۰۰۰۰ میرسد.

معادله های حاکم

معادلات اساسی برترکیب ۴ نیروی اصلی نیروهای اینرسی، دمپینگ هوا ، تغییر شکل الاستیک از چشمه های نوسان (anchors)، و نیروی درایو الکترواستاتیک ، میباشد .

در زیر برای ساختار نوسانگر قانون دوم نیوتون نوشته شده است.

برای نوسانگر درایو شانه مقادیر سرعت حرکت به فشار نیروهای کشیده شده  و دمپینگ و خاصیت Couette وابسته است . مقدار دقیق تر β به روش نقطه یابی پیدا میگردد ولی با محاسبات نمودار کامپیوتری به مقادیر دقیق تر رسیده میشود .به طور کلی  گاهی اوقات دستیابی به مقادیر β به نزدیک ۳۰٪ میرسد. بای یافتن معادله بالا را به لاپلاس تبدیل میکنیم و معادله بالا را تبدیل لاپلاس را حل میکنیم .

برای حل این معادله ، تبدیل لاپلاس معکوس را اعمال میکنیم تا x را بیابیم.

اگر Q>5 باشد . معادله بالا به صورت زیر میتوان تخمین زد. زیرا Q اگر از ۵ بزرگتر باشد میتوان در توان ۲ آن صرف نظر نمود زیرا مقدار آن خیلی کمتر از ۱ میگردد و اثر ان قابل چشم پوشی خواهد شد.

اثر هندسی ساختار :

ثابت فنر برای خمش جانبی پرتو (بیم) مستطیل شکل به صورت زیر بدست می آید.

در فرمول بالاE مدول یانگ وw ضخامت بیم و L طول میله است. نسبت LبهW باید ۱ به ۱۰ باشد. و برای ساختار های مختلف عبارت های مختلفی بدست می آید ولی در حالت کلی فرمول به صورت زیر است. که I گشتاور است.

فرمول کلی گشتاور برای یک بیم با مقطع مستطیل شکل، به صورت زیر است .

در ساختار بالا به تعداد ۸ عدد springs وجود دارد. پس ثابت فنر به صورت زیر بدست می آید.

جرم سیستم از مجموع چند قسمت میباشد . جرم صفحه مرکزی =جرم دندانه های شانه ای +جرم springs  + جرم تیرهای متصل کننه springs ها است . برای یافتن جرم  سیستم باید

جرم صفحه مرکزی +جرم دندانه های شانه ای +جرم springs  + جرم تیرهای متصل کننه springs ها= جرم کلی دستگاه

Tang, Nguyen, and Howeدر سال ۱۹۸۹ عبارت زیر را  در مقاله خود برای جرم موثرپیدا کردند.که دارای تقریب های خاص میباشد.

فاصله دندانه های نخازن شانه ایMEMS www.mktop.ir

فاصله دندانه های نخازن شانه ایMEMS www.mktop.ir

ولی باتوجه به محاسبات دقیق رایانه ای اخیر برخی تقریب ها را بهتر است اجرا نکرده تا به جواب دقیق تر رسیده شود.مانند اثرات تغییرات دمایی و دمپینگ ناشی از مولکولهای هوا بین دندانه ها و … . زیرا هرچه ابعاد ریزتر میگردد درصد خطا در تقریب ها بالاتر میرود . بنابر برای محاسبه جرم موثر دستگاه به فرمول صحیح تر زیر دست می یابیم.

حال با توجه به موارد بدست امده، فرکانس رزونانس و تشدید دستگاه را محاسبه مینماییم…………..

امید داریم تا اینجای مطلب تخصصی (محاسبات و شبیه سازی خازن شانه ای MEMS با نرم افزار  intelli suite) مورد توجه شما قرار گرفته باشد. جهت دریافت ادامه مطلب ،روشها و فرمولهای مربوطه و… به صورت کامل  WORD + PDF  به لینک دریافت زیر مراجعه نمایید.

برای دریافت pdf + word بر روی کلیدزیر ،کلیک نمایید . 

قیمت: ۱۵۰۰۰ تومان

۳۴ دیدگاه. بیرون رفتن و ثبت نظرجدید

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

Fill out this field
Fill out this field
لطفاً یک نشانی ایمیل معتبر بنویسید.
برای ادامه، شما باید با این شرایط موافقت کنید

14 − 13 =

فهرست