21.12.2015

aboratorium MEMS i mikronapędów

Ćwiczenie nr 6

Analiza mechaniczna przetwornika elektrostatycznego MEMS

Michał Kucharski

ET-DI-2 L2

I. Wstęp teoretyczny

Badany układ przetwornika elektrostatyczny MEMS pokazano na rysunku poniżej. Jest to układ dwóch elektrod kondensatora, w którym jedna elektroda jest unieruchomiona natomiast druga posiada swobodę ruchu. Do elektrody, która posiada swobodę ruchu jest dołączona krzemowa belka obustronnie podparta. Belka krzemowa jest z jednej strony unieruchomiona, ma ograniczoną swobodę ruchu.

Rys.1 Widok badanego przetwornika MEMS

Przetwornik badany był za pomocą programu FEM.

II. Wyniki analizy

[Wyniki z okna PRNSOL Command]

PRINT DOF NODAL SOLUTION PER NODE

***** POST1 NODAL DEGREE OF FREEDOM LISTING *****

LOAD STEP= 1 SUBSTEP= 1

TIME= 1.0000 LOAD CASE= 0

THE FOLLOWING DEGREE OF FREEDOM RESULTS ARE IN THE GLOBAL COORDINATE SYSTEM

NODE UX UY ROTZ VOLT

1 0.0000 0.0000 0.0000

2 -0.11051E-04 0.0000 0.0000 150.00

3 -0.10499E-04 0.0000 0.0000

4 -0.99460E-05 0.0000 0.0000

5 -0.93935E-05 0.0000 0.0000

6 -0.88409E-05 0.0000 0.0000

7 -0.82884E-05 0.0000 0.0000

8 -0.77358E-05 0.0000 0.0000

9 -0.71832E-05 0.0000 0.0000

10 -0.66307E-05 0.0000 0.0000

11 -0.60781E-05 0.0000 0.0000

12 -0.55256E-05 0.0000 0.0000

13 -0.49730E-05 0.0000 0.0000

14 -0.44205E-05 0.0000 0.0000

15 -0.38679E-05 0.0000 0.0000

16 -0.33153E-05 0.0000 0.0000

17 -0.27628E-05 0.0000 0.0000

18 -0.22102E-05 0.0000 0.0000

19 -0.16577E-05 0.0000 0.0000

20 -0.11051E-05 0.0000 0.0000

21 -0.55256E-06 0.0000 0.0000

22 0.0000 0.0000 0.0000

MAXIMUM ABSOLUTE VALUES

NODE 2 0 0 2

VALUE -0.11051E-04 0.0000 0.0000 150.00

[Wyniki z okna PRRSOL Command]

PRINT REACTION SOLUTIONS PER NODE

***** POST1 TOTAL REACTION SOLUTION LISTING *****

LOAD STEP= 1 SUBSTEP= 1

TIME= 1.0000 LOAD CASE= 0

THE FOLLOWING X,Y,Z SOLUTIONS ARE IN THE GLOBAL COORDINATE SYSTEM

NODE FX FY MZ AMPS

1 -0.99608E-01 0.0000 0.0000

2 0.0000 0.0000

22 0.99608E-01 0.0000

TOTAL VALUES

VALUE -0.36515E-12 0.0000 0.0000 0.0000

Z pliku graphdata.csv

5. Na podstawie pliku Wyniki_static_U_war

6. Na podstawie pliku Wyniki_static_L_war

7. Na podstawie pliku Wyniki_static_gapi_var

8. L=100

L=200

b=3

b=5

h=1,5

h=2,5

n=250

n=300

n=350

n=400

n=450

n=500

n=550

n=600

n=650

Wnioski:

W przeprowadzonym ćwiczeniu badaliśmy m.in. wpływ napięcia zasilającego przetwornika na jego przemieszczenie, wpływ długości belki krzemowej na przemieszczenie i odległosc między elektrodami, która także wpływała na przemieszczenie. Kondensator jest elementem, którego pojemność zależy przede wszystkim od odległości elektrod, a co za tym stoi i szerokości dielektryka znajdującego się pomiędzy nimi. W ćwiczeniu chodziło przede wszystkim o sterowanie pojemnością, zbadanie parametrów kondensatora oraz ich podatności na różnego rodzaju czynniki.