Журнал прикладного машиностроения

Абстрактный

Многоконцептуальная оптимизация механической конструкции емкостных датчиков давления с помощью конечно-элементного анализа с использованием анизотропного поведения кремниевого кристалла <111>: резюме подходов к оптимизации конструкции

Амир Джавидинежад

В мире микромеханического проектирования микродатчиков до настоящего времени не уделялось существенного внимания фактическому механическому или структурному аспекту конструкций. Следовательно, большинство имеющихся в настоящее время конструкций призваны линеаризовать «нелинейный» выходной сигнал датчика путем использования электронных схем. В этой исследовательской работе микродиафрагма давления, обладающая линейным поведением прогиба давления, проектируется с помощью методов оптимизации FEM. Диафрагма моделируется как кремниевая (111) плоскость, обладающая плоскоизотропными свойствами. К диафрагме добавляется круглая центральная секция выступа и выполняется оптимизация для достижения оптимальной геометрии диафрагмы, которая допускает плоский или жесткий прогиб этой секции выступа под действием приложенной поверхностной нагрузки давления. Приблизительные решения по прогибу замкнутой формы разрабатываются с использованием анизотропной теории тонких пластин, а поведение прогиба диафрагмы оптимизированной FEM конструкции сравнивается с этой моделью теории тонких пластин. Эта конструкция диафрагмы предлагается для использования в качестве верхней электродной пластины емкостного датчика давления, где будет присутствовать линейное поведение изменения давления-емкости. Эта диафрагма давления имеет диапазон давления от 0 до 206843 Па (30 фунтов на кв. дюйм) с разрешением давления 689,5 Па (0,1 фунтов на кв. дюйм).