Journal of Applied Mechanical Engineering

Abstrait

Optimisation de la conception mécanique multi-conceptuelle des capteurs de pression capacitifs via l'analyse par éléments finis avec l'utilisation du comportement anisotrope du cristal de silicium <111> : résumé des approches d'optimisation de la conception

Amir Javidinejad

Dans le monde de la conception micromécanique de microcapteurs, jusqu'à présent, aucune considération substantielle n'a été accordée à l'aspect mécanique ou structurel réel des conceptions. Par conséquent, la plupart des conceptions actuellement disponibles sont confrontées à la nécessité de linéariser la sortie du capteur « non linéaire » en utilisant des circuits électroniques. Dans ce travail de recherche, un diaphragme de micro-pression qui possède un comportement de pression-déflexion linéaire est conçu via des techniques d'optimisation FEM. Le diaphragme est modélisé comme un plan de silicium (111), qui possède des propriétés isotropes planes. Une section de bossage central circulaire est ajoutée au diaphragme et une optimisation est effectuée, pour obtenir une géométrie de diaphragme optimale qui permettrait une déflexion plate ou rigide de cette section de bossage sous la charge de pression de surface appliquée. Les solutions de déflexion de forme fermée approximatives sont développées en utilisant la théorie de la plaque mince anisotrope et le comportement de déflexion du diaphragme de la conception optimisée FEM est comparé à ce modèle de théorie de la plaque mince. Cette conception de diaphragme est proposée pour être utilisée comme plaque d'électrode supérieure d'un capteur de pression capacitif, où un comportement de changement de pression-capacité linéaire deviendrait présent. Ce diaphragme de pression a une plage de pression de 0 à 206 843 Pa (30 psi) avec une résolution de pression de 689,5 Pa (0,1 psi).