بررسی اثر تحریک الکترواستاتیک بر رفتار الکترومکانیکی میکرو حسگرهای فشار خازنی

هدف از این پژوهش، بررسی رفتار الکترومکانیکی میکرو حسگر‌های فشار خازنی و بررسی اثر اعمال تحریک الکترواستاتیک بر عملکرد و ‏دقت این سیستم‌ها می‌باشد. حسگر به صورت یک صفحه دایره ای انعطاف پذیر در نظر گرفته ‏شده است که یک فاصله اولیه از یک صفحه ‏صلب دارد و بین آن دو خلاء است. در اثر فشار محیط ‏و همچنین اعمال ولتاژ بین دو صفحه، ورق انعطاف پذیر خیز برداشته و به پایه ثابت ‏نزدیک می‌‏گردد. با نزدیک شدن صفحه به پایه، ظرفیت خازنی بین آنها تغییر می‌کند که این تغییر وابسته به خیز ‏صفحه انعطاف پذیر و یا ‏به عبارتی وابسته به فشار محیط است. بنابراین در صورت معلوم بودن رابطه میان فشار و ظرفیت خازنی، می‌توان با اندازه گیری ظرفیت ‏خازنی فشار محیط را محاسبه نمود. ‏از این رو در کار حاضر، رابطه میان ظرفیت خازنی و فشار خارجی مطالعه گردیده است. در این راستا، ‏نخست معادله حاکم بر خیز میکرو ورق تحت بار الکترواستاتیک و همچنین فشار خارجی استخراج شده است. این معادله با استفاده از ‏روش گلرکین به یک معادله جبری تبدیل شده و با بکارگیری یک روش مبتنی بر تکرار حل شده است. در بخش نتایج، اثر پارامترهای ‏مختلف مانند ولتاژ اعمالی و همچنین فشار محیط بر روی ظرفیت خازنی و حساسیت دستگاه مطالعه شده و همگرایی و دقت الگوریتم ‏مبتنی بر تکرار نیز بررسی شده است. ‏

Investigation of the effect of electrostatic actuation on the electromechanical ‎behavior of capacitive pressure microsensors ‎

In this study, electromechanical behavior of the micro scaled capacitive pressure sensors is investigated and ‎the effect of electrostatic actuation on the performance of the device is analyzed. The sensor is considered as ‎a circular microplate with an initial distance from a fixed substrate. Due to electrostatic load and external ‎pressure, the plate deflects and the capacitance of the device changes. The external pressure can be estimated ‎by measuring this change of capacitance. Hence, in this research, the relation between the capacitance and ‎external pressure is studied. To this goal, the equation governing static deflection of the microplate is derived ‎in polar coordinates. This equation is converted to an algebraic equation using Galerkin approach and then ‎solved utilizing an iterative method. Finally, the effects of external pressure and applied voltage on the ‎capacitance and sensitivity of the device are investigated and the convergence of the proposed iterative ‎algorithm is analyzed.‎