بخشی از مقاله
چکیده
در مقالهی حاضر طرح جدید تشدیدگر مربعی میکرومکانیکی تحت مد ارتعاشی لغزشی داخل صفحه مورد بررسی قرار گرفته است. در این طرح به جای یک تیر افقی نگهدارنده ی معمولی از دو تیر افقی نگهدارندهی متصل به قسمت T شکل استفاده شده است. ابتدا رابطهی فرکانس طبیعی این طرح جدید محاسبه شده است. برای درستی رابطهی تحلیلی فرکانس طبیعی، فرکانس به دست آمده از رابطهی تحلیلی با فرکانس به دست آمده از نرم افزار ANSYS مقایسه شده است و نتایج مطابقت قابل قبولی داشته اند. در ادامه رابطه ی ضریب کیفیت اتلاف تکیهگاه محاسبه شده است. نتایج نشان میدهند استفاده از دو تیر افقی نگهدارندهی متصل به قسمت T شکل به جای یک تیر نگهدارنده میتواند باعث افزایش ضریب کیفیت در حدود 3 برابر شود.
1. مقدمه
تشدیدگرهای میکرومکانیکی قطعات کوچک میکرومکانیکی هستند که در فرکانس های بالا ارتعاش میکنند و در فیلترها [1]، سنسورها [2]، ژیروسکوپها [3] و سوئیچها مورد استفاده قرار می گیرند. مکانیزمهای اصلی اتلاف انرژی در تشدیدگرها شامل اتلاف هوا، اتلاف ترموالاستیک و اتلاف تکیه گاه است. زمانی که تشدیدگر در حال ارتعاش است به مولکول های هوای اطراف خود برخورد میکند و بخشی از انرژی خود را در برخورد با این مولکولها از دست میدهد .
به این اتلاف، اتلاف هوا گفته میشود .[4] میرایی ترموالاستیک با ارتعاش ساختار تشدیدگر در فرکانس تشدید، تغییرات کرنشی بهوجود آمده منجر به ایجاد تغییرات دمایی و در نتیجه جریانهای گرمایی برگشتناپذیر می شود؛ بهطوری که این جریانهای گرمایی برگشتناپذیر منجر به افزایش آنتروپی شده و در نتیجه بخشی از انرژی ارتعاشی تشدیدگر بهصورت انرژی حرارتی تلف می شود .[5]
اتلاف تکیهگاه در واقع بخشی از انرژی ارتعاشی تشدیدگر است که از طریق تیرهای نگهدارنده به زیرلایه - تکیهگاه - منتقل میشود و به همین دلیل در مدلسازی این مکانیزم اتلاف، تمام قسمت های یک تشدیدگر میکرومکانیکی شامل ساختار تشدیدگر، تیرهای نگهدارنده و زیرلایه باید تحلیل و مدلسازی شوند .[4] که Qsupport ضریب کیفیت اتلاف تکیهگاه، Qted ضریب کیفیت اتلاف ترموالاستیک و Qair ضریب کیفیت اتلاف هوا است .[4] هائو و همکاران یک مدل تحلیلی را برای اتلاف تکیهگاه در تشدیدگر تیر در حالتهای گیردار-آزاد و گیردار-گیردار که تحت ارتعاشات خمشی درون صفحهای قرار دارد، ارائه کردند .[6]
همچنین باقری و همکاران رابطه ی ضریب کیفیت اتلاف تکیهگاه در مد لغزشی داخل صفحه تشدیدگر مربعی میکرومکانیکی با دو تیر افقی نگهدارندهی معمولی را استخراج کردند .[7] باقری و همکاران رابطهی تحلیلی ضریب کیفیت اتلاف تکیه گاه در مد ارتعاشی شناور تشدیدگر مستطیلی میکرومکانیکی با دو تیر نگهدارنده T شکل را به دست آوردند. آنها ابتدا ضریب کیفیت اتلاف تکیهگاه در مد ارتعاشی شناور تشدیدگر مستطیلی میکرومکانیکی با دو تیر نگهدارنده قائم را محاسبه کردند و سپس نشان دادند که استفاده از تیرهای نگهدارنده T شکل به جای تیرهای نگهدارنده معمولی باعث افزایش 1/5 برابری ضریب کیفیت اتلاف تکیهگاه میشود .[8]
باقری و همکاران رابطه ی ضریب کیفیت اتلاف تکیهگاه در مد دوم ارتعاش تشدیدگر بیضوی میکرومکانیکی با چهار تیر نگهدارنده را به صورت تحلیلی ارایه کردند. مد دوم ارتعاش تشدیدگر بیضوی با چهار تیر نگهدارنده ترکیب مد پیچشی و مد تکان دهندهی خارج صفحه است .[ 9] وانگ و همکاران اتلاف تکیهگاه در تشدیدگر جرم تکان دهندهی مربعی را بررسی کردند.
آنها روابط ضریب کیفیت اتلاف تکیهگاه را برای مد پیچشی، مد تکان دهندهی خارج صفحه و ترکیب این دو مد، استخراج کردند .[10] همچنین، هائو و همکاران اتلاف تکیهگاه در تشدیدگر دیسکی میکرومکانیکی با تکیهگاه مرکزی را تحت مد حجمی شعاعی مدل کردند. این پژوهش جهت انتخاب هندسه و مادهی سازنده مناسب برای دستیابی به بالاترین ضریب کیفیت، دید خوبی را فراهم می کند .[11]
هائو اتلاف ترموالاستیک، در تشدیدگرهای دایرهای نازک میکرو و نانو مکانیکی را تحت مد ارتعاشی محیطی مورد مطالعه قرار داده و نشان داد که ضریب کیفیت مد ارتعاشی محیطی تشدیدگر دایرهای نازک مادامی که فرکانس تشدید زیر 1GHz است، بالای 106 میباشد .[12] در مقالهی حاضر ابتد رابطهی تحلیلی فرکانس طبیعی و ضریب کیفیت اتلاف تکیهگاه در مد ارتعاشی لغزشی داخل صفحه تشدیدگر مربعی میکرومکانیکی با چهار تیر افقی نگهدارندهی متصل به قسمت T شکل محاسبه شده است.
