ماژول ممز:
ماژول ممز برای درک،پیش بینی و طراحی میکروسیستم ها استفاده میشود. استفاده از ابزارهای شبیه سازی در چرخه طراحی می تواند به درک ، کاهش نمونه سازی و در نهایت تولید محصولات بهتر با هزینه های کمتر کمک کند.
ماژول ممز به کاربران اجازه میدهد تا به سرعت و دقت عملکرد حرارتی و الکتریکی و سازه ای را در دستگاه های ممز پیش بینی کند.
قابلیت های چندفیزیکی در کامسول مولتی فیزیک باعث شده است که مدلسازی در زمان هایی که چندفیزیک با هم مرتبط هستند برای رفع طیف وسیعی از مشکلات پیش آمده در طراحی ممز مناسب باشد.
ماژول ممز عملکرد ثابت و پویا دستگاه ها را قادر می سازد تا به صورت دو بعدی و سه بعدی ، همراه با مدل سازی مدار مبتنی بر دستگاه های فعال و غیرفعال ، مدلسازی شوند.در دامنه فرکانس ، ابزارهای قدرتمندی برای مدل سازی دستگاههایی که توسط ترکیبی از سیگنال های ای سی-دی سی یا نیروها هدایت می شوند در دسترس است.
رابط های فیزیکی ازپیش تعیین شده که بعنوان رابط های فیزیکی ممز نامیده میشود طیف گسترده ای از پدیده های فیزیکی را که در سنسور ها و محرک های ممز استفاده میشوند برطرف میکند.رابط های فیزیکی ممز برای شبیه سازی مکانیک ساختاری الکتروستاتیک جریان های الکتریکی پیزوالکتریکی پیزوریزاسیون جریان سیال با لایه نازک انتقال حرارت و مدارهای الکتریکی در دسترس هستند.این رابط های فیزیک همچنان برای حل چالش ها و مسائل چندفیزیکی میتوانند به سادگی و خودکار کوپل شوند.و تعدادی از کوپلینگ های ازپیش تعیین شده نیز به عنوان رابط فیزیکی ممز در دسترس هستند که شامل الکترومکانیک(برای ترکیب نیروهای الکتروستاتیک با مکانیک سازه ها) اثر حرارتی ژول
اثر حرارتی ژول و انبساط گرمایی و تعامل سازه و سیال(برای ترکیب جریان سیال با مکانیک سازه ای) میباشند.
برای هریک از رابط های فیزیکی ممز اصول فیزیکی اساسی در قالب معادلات دیفرانسیل جزئی ، همراه با شرایط اولیه و مرزی مربوطه بیان می شود.قسمت طراحی کامسول با ارائه معادلات حل شده توسط هر ویژگی به کاربران و دسترسی کامل کاربر به سیستم معادلات اساسی،بر فیزیک تأکید می کند. همچنین انعطاف پذیری فوق العاده ای برای افزودن معادلات و عبارات تعریف شده توسط کاربر به سیستم وجود دارد. بعنوان مثال برای مدل سازی حرارت ژول در ساختاری با خواص الاستیک وابسته به دما ، به سادگی ثابت های الاستیک را به عنوان تابعی از دما وارد کنید – بدون نیاز به نوشتن یا کدگذاری-هنگامی که COMSOL معادلات را جمع می کند ، اتصالات پیچیده تولید شده توسط این عبارات تعریف شده توسط کاربر به طور خودکار در سیستم معادلات گنجانده می شوند. سپس معادلات با استفاده از روش المان محدود و طیف وسیعی از حلگرهای قدرتمند صنعتی حل می شوند. پس از دستیابی به راه حل ، طیف وسیعی از ابزارهای پس پردازش برای تجزیه و تحلیل داده ها در دسترس هستند و نمودارهای از پیش تعریف شده به طور خودکار برای نشان دادن پاسخ دستگاه تولید می شوند. COMSOL سادگی و انعطاف پذیری را برای ارزیابی و تجسم طیف وسیعی از مقادیر فیزیکی ، از جمله مقادیر از پیش تعریف شده مانند دما ، میدان الکتریکی یا تنش فشار (که از طریق منوهای آسان برای استفاده در دسترس است) و همچنین عبارات تعریف شده دلخواه کاربر ارائه می دهد.
برای مدلسازی یک مدل ممز ابتدا هندسه در نرم افزار تعریف میشود(یا از فایلها یا سیستمهای کَد وارد میشود).سپس متریال های مناسب انتخاب شده و پس از آن رابط فیزیکی ممز اضافه میشود.شرایط اولیه و شرایط مرزی همزمان با رابط فیزیکی تنظیم میگردند.سپس شبکه بندی تعیین میگردد و حلگر انتخاب میشود.در آخر با استفاده از محدوده گسترده ای از ابزارهای پس پردازش نتایج تصویرسازی میشوند. همه این مراحل از طریق رابط کاربری گرافیکی COMSOL Desktop قابل دسترسی هستند.
دستگاه های ممز:فیزیک و کاربردها:
اندازه کوچکتر دستگاه های ممز تأثیرات مهمی بر روند فیزیکی حاکم بر عملکرد آنها دارد.رابط های فیزیکی ممز امکان شبیه سازی تأثیرات فیزیکی مهمی را که در مقیاس کوچک وجود دارد،فراهم می کند.
به طور کلی ، با کاهش مقیاس طول دستگاه ، مقیاس گذاری یک اثر فیزیکی با توجه به طول،اهمیت نسبی آن را تعیین می کند. نیروی اینرسی مورد نیاز برای تولید یک شتاب ثابت از یک جسم جامد از نظر حجمی به صورت L^3 مقیاس میخورد.
مقیاس گذاری سایر نیروها در مقایسه با این نیروی اینرسی پیامدهای مهمی برای دستگاه های ممز دارد.برای مثال ثابت فنر موثر در مقیاس بدنه بعنوان طول بتوان یک است. سختی فنر بنابراین با کاهش اندازه سیستم بسیار کندتر از جرم سیستم کاهش می یابد در نتیجه فرکانس تشدید بالاتر برای دستگاه های کوچکتر است.این بدان معناست که سیستم های میکرومکانیکی معمولاً فرکانس های عملکرد بالاتر و زمان پاسخ سریع تری نسبت به سیستم های ماکروسکوپی دارند. با کاهش ابعاد دستگاه،نیروهای الکترواستاتیک مقیاس مطلوبی دارند(به عنوان مثال،نیروی بین صفحات موازی با ولتاژ اعمال شده ثابت در مقیاس طول بتوان صفر است). علاوه بر این ، محرکهای الکترواستاتیک هیچ توان DC مصرف نمی کنند و می توان آنها را با استفاده از فرآیندهای سازگار با ریخته گری های نیمه هادی استاندارد تولید کرد.به همین خاطر بسیاری از دستگاه های ممز از محرک های الکتروستاتیکی استفاده میکنند. تصویر زیر شکل حالت را برای یک تشدیدکننده MEMS الکترواستاتیکی نشان می دهد،که با یک بایاس اعمال شده DC کار می کند. نمودار نشان می دهد که با افزایش پتانسیل اعمال شده،فرکانس تشدید کاهش می یابد.این به دلیل نرم شدن سیستم الکترومکانیکی کوپل شده است. اندازه کوچک دستگاه حتی در یک حالت خمشی ساده منجر به فرکانس تشدید مگاهرتز می شود.علاوه بر این،مقیاس بندی مطلوب نیروهای الکترومغناطیسی،تحریک خازنی کارآمد را امکان پذیر می کند که در مقیاس کلان ممکن نیست.
نیروهای پیزوالکتریک نیز مقیاس خوبی دارند و بعد دستگاه کاهش می یابد(نیرویی که تحت اعمال ولتاژ ثابت تولید میشود در مقیاس طول بتوان یک است). علاوه بر این،سنسورها و محرک های پیزوالکتریک عمدتا خطی هستند و در کار برق DC مصرف نمی کنند.ادغام پیزوالکتریک با فرآیندهای نیمه هادی استاندارد دشوارتر است،اما با موفقیت های تجاری در بازار پیشرفت چشمگیری حاصل شده است(برای مثال فیلترهای FBAR).منابع فرکانس کوارتز را می توان با بیش از ۱ میلیارد دستگاه تولید در سال،بالاترین مولفه حجم در حال حاضر دستتگاه های ممز دانست.اگرچه بطور معمول و از قبل درنظر گرفته نمیشود که در چتر ممز باشد(صنعت کوارتز مدتها قبل از ایجاد اصطلاح ساخته شده است) بسیاری از این دستگاه ها دارای ابعاد mm به زیر mm هستند و لیتوگرافیکی تعریف شده اند.علاوه بر اینها هم اکنون بعضی از صنایع کوارتز بعنوان دستگاه های ممز علامت گذاری شده اند.
شکل زیر پاسخ مکانیکی یک نوسان ساز کوارتز برشی ضخامت را نشان می دهد همراه با یک نمودار که نشان دهنده تأثیر ظرفیت خازنی سری در پاسخ فرکانس است.غالباً از یک خازن سری برای تنظیم یا کشیدن رزونانس اسیلاتورهای کوارتز استفاده می شود.
با فرض اینکه نیروها در اثر تغییر دما ثابت تولید می شوند نیروهای گرمایی با طول به توان دو مقیاس گذاری میشوند.این مقیاس بندی در مقایسه با نیروهای اینرسی هنوز مطلوب است و مقیاس زمان حرارتی نیز به خوبی مقیاس می شود(همان طول به توان دو) ایجاد محرکهای حرارتی سریعتر در مقیاس کوچک(اگرچه محرک های حرارتی معمولاً کندتر از محرک های خازنی یا پیزوالکتریک هستند).محرک های حرارتی نیز به راحتی با فرایندهای نیمه هادی ادغام می شوند اگرچه آنها معمولاً مقادیر زیادی انرژی مصرف می کنند و از این رو کاربرد تجاری محدودی دارند.اثرات حرارتی نقش مهمی در ساخت بسیاری از فن آوری های تجاری MEMS با تنش های حرارتی در فیلم های نازک رسوب شده برای بسیاری از برنامه ها دارد.شکل زیر دما را در محرک جابجایی حرارتی ژول نشان می دهد.
دستگاه های سیال MEMS یا دستگاه های میکروفلوئیدیک ، نمایانگر ناحیه بسیار مهم MEMS هستند. COMSOL یک ماژول میکروسیال جداگانه برای پرداختن(به طور خاص) به این برنامه ها ارائه می دهد.با این وجود،ماژول MEMS شامل قابلیت های قابل توجه میکروسیالی برای شبیه سازی تعامل ساختارهای MEMS با مایعات است.یکی از موارد قابل توجه،میرایی با وجود ضخامت نازک است.نیروهایی میرایی با طول بتوان یک مقیاس گذاری میشود و معمولا برای دستگاه های ممز مهم میباشند که بندرت باعث نیاز به پکیج خلا میشوند.شکل زیر فشار روی سطح یک شتاب سنج ساده را نشان می دهد.این فشار از فشرده سازی لایه نازک گاز نادر بین شتاب سنج و بسته حاصل می شود(بسته در شکل نشان داده نشده است).
بحث قبلی بر روی نیروهای موجود برای محرک های محرک متمرکز شده است،اما مقیاس بندی برای عملکرد سنسورها نیز مهم است. سنسورهای پیزوریزیس معمولاً خروجی متناسب با تنش تولید می کنند که برای مقیاس های فشار ثابت مستقل از بعد دستگاه است L0)).اثر پیزوریزیست به تغییر در رسانایی ماده ای گفته می شود که در پاسخ به تنش اعمال شده رخ می دهد.سهولت ادغام پیزورزیستورهای کوچک با فرایندهای نیمه رسانای استاندارد،همراه با پاسخ خطی منطقی سنسور،این فناوری را در صنعت سنسور فشار از اهمیت ویژه ای برخوردار ساخته است.شکل زیر توزیع جریان و ولتاژ القایی موجود در پیزورسیستور را نشان می دهد که انحراف سنسور فشار را حس می کند.
راهنمای رابط فیزیکی ماژول ممز:
از رابط های فیزیکی MEMS برای شبیه سازی دستگاه های MEMS استفاده می شود.هر رابط فیزیک پدیده های فیزیکی مربوطه را به صورت مجموعه ای از معادلات دیفرانسیل جزئی یا معمولی،همراه با مرز مناسب و شرایط اولیه بیان می کند.هر ویژگی اضافه شده به رابط فیزیک بیانگر یک اصطلاح یا شرایط در مجموعه معادلات اساسی است.این ویژگی ها معمولاً با یک موجود هندسی در مدل مانند دامنه،مرز،لبه(برای اجسام سه بعدی) یا نقطه مرتبط هستند.شکل ۱ با استفاده از مدل Micromirror(در کتابخانه برنامه MEMS Module یافت می شود) برای نشان دادن Model Builder و پنجره تنظیمات برای انتخاب گره ویژگی Linear Elastic Material 1.این گره معادلات مکانیک سازه را به شبیه سازی در دامنه های انتخاب شده اضافه می کند.در بخش Linear Elastic Material چندین تنظیم نشان می دهد که مدول Young،نسبت پواسون و چگالی از خصوصیات ماده به دامنه اختصاص داده میشود.خصوصیات مواد را می توان به عنوان توابع سایر متغیرهای وابسته در مدل،مانند دما تنظیم کرد.شرایط مرزی آزاد و ثابت نیز در درخت مدل نشان داده شده است.شرایط مرزی آزاد به طور پیش فرض بر روی تمام سطوح موجود در مدل اعمال می شود و اجازه حرکت آزادانه سطح را می دهد.شرایط مرزی ثابت برای محدود کردن سطوحی که در محل نگه داشته می شوند،به عنوان مثال،با اتصال به دسته ویفر استفاده می شود.
Equation
شکل۱: Model Builder(در سمت چپ) ، و پنجره Settings برای Linear Elastic Material 1 برای گره ویژگی انتخاب شده (در سمت راست). بخش Equation در پنجره Settings معادلات مدل را نشان می دهد. اصطلاحات اضافه شده به سیستم معادله توسط این ویژگی با یک خط نقطه گذاری شده خط کشیده شده است. توجه داشته باشید که غیر خطی بودن هندسی در تنظیمات حلگر غیرفعال شده است تا فرم معادله ساده تر شود.
ماژول MEMS شامل تعدادی رابط فیزیک است تا بتواند موقعیتهای مختلف فیزیکی که در طراحی ریز سیستم مشاهده می شود را مدلسازی کند.هنگامی که یک مدل جدید شروع می شود ، این رابط های فیزیکی از Model Wizard انتخاب می شوند. شکل ۲ Model Wizard را با رابط های فیزیکی موجود در ماژول MEMS نشان می دهد.از آنجا که MEMS یک صنعت چند رشته ای است،رابط های فیزیک در انواع مختلف فیزیک مورد پشتیبانی COMSOL در مناطق مختلفی گسترش یافته و به همین ترتیب در چندین شاخه از Model Wizard ظاهر می شوند.همچنین به راهنمای رابط فیزیک براساس بعد فضایی و نوع مطالعه از پیش تعیین شده مراجعه کنید.در زیر،مروری کوتاه بر روی هر یک از رابط های فیزیکی ماژول MEMS آورده شده است.
شکل۲: MEMS Module رابط فیزیکی است همانطور که در Model Wizard نشان داده شده است. توجه داشته باشید که این برای اجزای سه بعدی است.
الکتروستاتیک:
رابط الکترواستاتیک،که در شاخه AC / DC در Model Wizard یافت می شود،با توجه به توزیع بار در دامنه و ولتاژهای اعمال شده به مرزها،برای پتانسیل الکتریکی حل می شود.
این برای مدل سازی دستگاههای الکترواستاتیک در شرایط استاتیکی یا شبه استاتیک استفاده می شود،یعنی در فرکانسهایی که به اندازه کافی کم هستند و می توان اثرات انتشار موج را نادیده گرفت.یک برنامه معمول برای این رابط فیزیک محاسبه ظرفیت فرکانس پایین یک دستگاه بایاس نشده MEMS است.
جریان های الکتریکی:
رابط جریانهای الکتریکی که در شاخه AC / DC در Model Wizard یافت می شود ، برای مدلسازی جریان الکتریکی DC ،AC و گذرا در فضاهای رسانا و خازنی استفاده می شود.این رابط فیزیکی یک معادله حفظ جریان برای پتانسیل الکتریکی را حل می کند.از این رابط فیزیکی می توان برای محاسبه توزیع جریان در لایه های بهم پیوسته استفاده کرد.
مدار الکتریکی:
رابط مدار الکتریکی،که در شاخه AC / DC در Model Wizard یافت می شود،دارای معادلاتی برای مدل سازی مدارهای الکتریکی همراه یا بدون اتصال به مدل زمینه های توزیع شده است.این رابط فیزیکی برای ولتاژ،جریان و بار مرتبط با عناصر مدار حل می شود.مدل های مدار می توانند شامل عناصر غیرفعال مانند مقاومت ها ، خازن ها و سلف ها و همچنین عناصر فعال مانند دیودها و ترانزیستورها باشند. مدارها را می توان از لیست خالص SPICE موجود وارد کرد.یک کاربرد معمول از این رابط فیزیک می تواند در ارزیابی اثر یک خازن سری بر روی یک نوسان ساز بلور کوارتز باشد.
الکترومکانیک:
رابط چند فیزیکی از پیش تعریف شده الکترومکانیک،که در شاخه مکانیک سازه در Model Wizard یافت می شود،ترکیبی از رابط های فیزیک الکترواستاتیک و مکانیک جامد با اتصال چند فیزیکی نیروهای الکترومکانیکی و تعریف چند فیزیکی متحرک برای حل معادلات ساختاری همراه با معادلات الکترواستاتیک است.نیروهای الکتریکی به ساختارهای درون مدل افزوده می شوند و در صورت تمایل می توان از الکتریسیته انقباض ایزوتروپیک نیز استفاده کرد.این رابط چند فیزیکی باید برای مدلسازی دستگاه های MEMS با استفاده از الکترواستاتیک و همچنین برای سنسورهای مبتنی بر ظرفیت که تغییر شکل ساختاری را تشخیص می دهند استفاده شود.
الکترومکانیک”المان های مرزی”:
رابط چند فیزیکی از پیش تعریف شده الکترومکانیک،که در شاخه مکانیک سازه در Model Wizard یافت می شود،ترکیبی از رابط های فیزیک الکترواستاتیک،عناصر مرزی و مکانیک جامد با جفت چند فیزیکی نیروهای الکترومکانیکی است.رابط کاربری همان الکترومکانیک است،با این تفاوت که از روش عنصر مرزی برای قسمت الکترواستاتیک مسئله استفاده می شود.هنگام استفاده از این روش،جابجایی مش لازم نیست.
تعامل سازه با سیال:
رابط تعامل سازه با سیال که در زیرشاخه جریان سیال در Model Wizard یافت میشود جریان سیال را با مکانیک جامدات ترکیب میکند تا تعاملات بین جریان سیال و مکانیک جامدات را بهتر دریافت کند.یک رابط مکانیک جامدات و یک رابط جریان تک فاز به ترتیب از جامد و مایع مدل می شوند.جریان می تواند به صورت آرام یا متلاطم باشد(جریان آشفته به ماژول CFD نیاز دارد،که همچنین اجازه می دهد رابط های جریان دو فاز و سه فاز را به مکانیک جامد متصل کنید).اتصالات FSI در مرزهای مایع و جامد ظاهر می شوند.رابط متقابل ساختار سیال از یک روش دلخواه لاگرانژی-اویلریALE)) برای ترکیب جریان سیال فرموله شده با استفاده از توصیف اویلری و یک قاب فضایی با مکانیک جامدات با استفاده از توصیف لاگرانژی و یک قاب ماده (مرجع) استفاده می کند.
گرمایش ژول و انبساط گرمایی:
این رابط جلوه های چند فیزیکی حرارتی،الکتریکی و ساختاری را با هم ترکیب می کند. اتصال از پیش تعریف شده تلفات الکترومغناطیسی حاصل از میدان الکتریکی را به عنوان منبع گرما اضافه می کند.انتخاب این گزینه از Model Wizard،مکانیک جامد،جریان های الکتریکی و انتقال حرارت در رابط های جامد را به همراه اتصالات مناسب برای گرمایش ژول (که در شاخه چند فیزیکی سازنده مدل یافت می شود) به مدل اضافه می کند.رابط چند فیزیکی هدایت جریان الکتریکی در یک سازه،گرمایش الکتریکی بعدی ناشی از تلفات اهمی در سازه و تنش های گرمایی ناشی از میدان دما را توصیف می کند.برنامه های معمول شامل محرک های حرارتی است.
پیزوالکتریک:
رابط پیزوالکتریک،در شاخه مکانیک سازه در Model Wizard یافت می شود،هنگامی که مواد پیزوالکتریک در یک مدل وجود دارد استفاده می شود.اتصال پیزوالکتریک را می توان به صورت شارژ-تنش یا شارژ-کرنش مشخص کرد. انتخاب این گزینه از Model Wizard ، Solid Mechanics و رابط های الکترواستاتیک است. یک ماده پیزوالکتریک به طور پیش فرض به تمام دامنه ها در رابط مکانیک جامد و یک حفاظت شارژ،گره پیزوالکتریک به همان دامنه ها در رابط الکترواستاتیک اضافه می شود.این دو گره توسط ویژگی پیوند چند فیزیکی Piezoelectric Effect جفت می شوند(در شاخه چند فیزیکی سازنده مدل یافت می شود).
مقاومت در برابر انرژی(پیزورزیستیویتی):
رابط های Piezoresistivity،که در شاخه مکانیک سازه در Model Wizard یافت می شود(رابط مکانیک جامد یا رابط Shellرابط جریان های الکتریکی یا جریان های الکتریکی،رابط یک لایه پوسته را ترکیب می کنند و روابط سازه ای را برای مواد پیزوریزیس می افزایند).مواد Piezoresistive را می توان همراه با مواد ساختاری و رسانا مدل سازی کرد.کاربردها شامل مدل سازی سنسورهای فشار Piezoresistive هستند.
مکانیک جامدات:
رابط Solid Mechanics مقادیر و ویژگی ها را برای تجزیه و تحلیل تنش و مکانیک جامدات خطی و غیرخطی تعریف میکند که از آن برای حل جابجایی استفاده میشود.گرهLinear Elastic Material مدل پیش فرض ماده است.علاوه بر این،مدل مواد الاستیک را می توان با انبساط حرارتی،خاصیت الاستیسیته،میرایی و تنش و فشار اولیه گسترش داد.شرح مواد الاستیک در ماژول شامل مواد ایزوتروپیک ، ارتوتروپیک و کاملاً ناهمسانگرد است.تعدادی از انواع مطالعه از پیش تعیین شده در دسترس است-لیست را در راهنمای رابط فیزیک براساس بعد فضایی و نوع مطالعه از پیش تعیین شده مشاهده کنید.
جریان لایه نازک:
رابط های Thin-Film Flow جریان مایعات یا گازهای محدود شده در یک لایه نازک روی یک سطح را مدل می کنند.با استفاده از معادلات تعریف شده روی سطح،این رابط های فیزیک سرعت و فشار متوسط را در ساختارهای مسطح باریک محاسبه می کنند.در برنامه های MEMS،از این رابط های فیزیک به طور معمول برای مدل سازی میرایی فیلم نازک استفاده می شود.
تنش حرارتی:
رابط فشار حرارتی ترکیبی از اثرات چند فیزیکی حرارتی و ساختاری است.کوپلینگ از پیش تعریف شده،انبساط حرارتی را اضافه می کند که از یک مساله انتقال حرارت به یک ساختار منجر می شود.انتخاب این گزینه از Model Wizard مکانیک جامد و انتقال حرارت را در رابط های جامدات به مدل و همچنین ویژگی هایی که موجب گسترش ساختاری به توزیع دما در جامد می شود، اضافه می کند(این ویژگی ها تحت شعبه چند منظوره سازنده مدل یافت می شود).یک مورد استفاده ممکن است تغییر شکل یک دستگاه ناشی از گرادیان حرارتی باشد.
ترموالاستیسیته:
رابط MultiPhysics از پیش تعیین شده ترکیبی از مکانیک جامدات و انتقال حرارت در رابط های فیزیک جامدات با ترکیبات چند منظوره انبساط حرارتی برای حل جابجایی ساختار و انحرافات دما و انتقال حرارت ناشی از کوپلینگ ترموالاستیک است. ThermoElasticity سهم مهمی در کاهش رزوناتورهای MEMS با کیفیت بالا است.
راهنمای رابط فیزیک براساس بعد فضایی و نوع مطالعه از پیش تعیین شده:
در جدول زیر رابط های فیزیکی موجود به خصوص با این ماژول علاوه برCOMSOL Multiphysics basic license لیست شده اند.
| نوع مطالعه در دسترس | بعد فضایی | علامت اختصاری | نماد | رابط فیزیکی | ||||||||||||||||||||||||
AC/DC |
||||||||||||||||||||||||||||
| ثابت رفت و برگشت منبع ثابت؛ دامنه فرکانس ؛ وابسته به زمان ؛ تجزیه و تحلیل سیگنال کوچک ، دامنه فرکانس ؛ فرکانس ویژه | همه ابعاد | ec |  |
جریان الکتریکی | ||||||||||||||||||||||||
| ثابت ؛ دامنه فرکانس وابسته به زمان ؛ فرکانس ویژه | سه بعدی | ecis |  |
جریان الکتریکی در پوسته ها | ||||||||||||||||||||||||
| ثابت ؛ دامنه فرکانس ؛ وابسته به زمان ؛ فرکانس ویژه | سه بعدی | ecis |  |
جریان الکتریکی در پوسته های لایه بندی شده | ||||||||||||||||||||||||
| ثابت ؛ دامنه فرکانس ؛ وابسته به زمان ؛ تجزیه و تحلیل سیگنال کوچک ، دامنه فرکانس ؛ فرکانس ویژه | وابسته به فضا نیست | cir |  |
مدار الکتریکی | ||||||||||||||||||||||||
| ثابت ؛ وابسته به زمان ؛ رفت و برگشت منبع ثابت ؛ فرکانس ویژه ؛ دامنه فرکانس ؛ تجزیه و تحلیل سیگنال کوچک ، دامنه فرکانس ؛ فرکانس ویژه | همه ابعاد | es |  |
الکتروستاتیک | ||||||||||||||||||||||||
| امواج الاستیک | ||||||||||||||||||||||||||||
| وابسته به زمان | سه بعدی-دوبعدی-دوبعدی(تقارن محوری) | elte |  |
امواج الاستیک-زمان مشخص | ||||||||||||||||||||||||
| جریان سیال | ||||||||||||||||||||||||||||
| جریان تک فاز | ||||||||||||||||||||||||||||
| ثابت ؛ وابسته به زمان | سه بعدی-دوبعدی-دوبعدی(تقارن محوری) | spf |  |
جریان آرام | ||||||||||||||||||||||||
| جریان سازه و سیال | ||||||||||||||||||||||||||||
| ثابت ؛ وابسته به زمان | سه بعدی-دوبعدی-دوبعدی(تقارن محوری) | – |  |
تعامل جامد-سیال | ||||||||||||||||||||||||
| ثابت ؛ ثابت ، یک طرفه ؛ وابسته به زمان ؛ وابسته به زمان ، یک طرفه | سه بعدی-دوبعدی-دوبعدی(تقارن محوری) | – |  |
تعامل جامد-سیال:هندسه ثابت | ||||||||||||||||||||||||
| ثابت ؛ وابسته به زمان | سه بعدی-دوبعدی-دوبعدی(تقارن محوری) | – |  |
انتقال گرما مزدوج ، تعامل مایع و جامد | ||||||||||||||||||||||||
| وابسته به زمان ؛ وابسته به زمان با شروع فاز | سه بعدی-دوبعدی-دوبعدی(تقارن محوری) | – |  |
برهم کنش سیال و جامد ، جریان دو فاز ، میدان فاز | ||||||||||||||||||||||||
| وابسته به زمان ؛ وابسته به زمان با شروع مرحله | سه بعدی-دوبعدی-دوبعدی(تقارن محوری) | – |  |
برهم کنش سیال و جامد ، جریان دو فاز ، میدان فاز ، هندسه ثابت | ||||||||||||||||||||||||
| جریان با ضخامت نازک | ||||||||||||||||||||||||||||
| ثابت ؛ وابسته به زمان ؛ دامنه فرکانس ؛ فرکانس ویژه | سه بعدی | tffs |  |
جریان با ضخامت نازک:پوسته | ||||||||||||||||||||||||
| ثابت ؛ وابسته به زمان ؛ دامنه فرکانس ؛ فرکانس ویژه | دوبعدی | tff |  |
جریان با ضخامت نازک:دامنه | ||||||||||||||||||||||||
| ثابت ؛ وابسته به زمان ؛ دامنه فرکانس ؛ فرکانس ویژه | دوبعدی-دوبعدی(تقارن محوری) | tffs |  |
جریان با ضخامت نازک:لبه | ||||||||||||||||||||||||
| گرمایش الکترومغناطیسی | ||||||||||||||||||||||||||||
| ثابت ؛ وابسته به زمان ؛ تحلیل سیگنال کوچک ؛ دامنه فرکانس | همه ابعاد | – |  |
گرمایش ژول | ||||||||||||||||||||||||
| مکانیک سازه | ||||||||||||||||||||||||||||
| ثابت ؛ فرکانس ویژه ؛ فرکانس ویژه ، پیش تنیده ؛ تجزیه و تحلیل حالت ؛ وابسته به زمان ؛ وابسته به زمان ، مودار ؛ وابسته به زمان ، پیش تنیده ، مودال ؛ وابسته به زمان ، مدل مرتبه کاهش یافته مد ؛ دامنه فرکانس ؛ دامنه فرکانس ، مودال ؛ دامنه فرکانس ، پیش تنیده ؛ دامنه فرکانس ، پیش تنیده ، مود ؛ دامنه فرکانس ، مود کاهش می یابد- مدل سفارش ؛ دامنه فرکانس ، مدل مرتبه کاهش AWE ؛ طیف پاسخ ؛ ارتعاش تصادفی (PSD) ؛ کمانش خطی | سه بعدی-دوبعدی-دوبعدی(تقارن محوری) | solid |  |
مکانیک جامدات | ||||||||||||||||||||||||
| ثابت-وابسته به زمان | سه بعدی-دوبعدی-دوبعدی(تقارن محوری) | – |  |
تنش حرارتی-جامد | ||||||||||||||||||||||||
| ثابت-وابسته به زمان | سه بعدی-دوبعدی-دوبعدی(تقارن محوری) | – |  |
گرمایش ژول و انبساط حرارتی | ||||||||||||||||||||||||
| فرکانس ویژه ؛ دامنه فرکانس ؛ وابسته به زمان | سه بعدی-دوبعدی-دوبعدی(تقارن محوری) | – |  |
ترموالاستیسیته | ||||||||||||||||||||||||
| ثابت ؛ فرکانس ویژه ، پیش تنیده ؛ وابسته به زمان ؛ دامنه فرکانس ، پیش تنیده | سه بعدی-دوبعدی-دوبعدی(تقارن محوری) | – |  |
الکترومکانیک | ||||||||||||||||||||||||
| ثابت ؛ فرکانس ویژه ، پیش تنیده ؛ وابسته به زمان ؛ دامنه فرکانس ، پیش تنیده | سه بعدی-دوبعدی | – |  |
الکترومکانیک-المان مرزی | ||||||||||||||||||||||||
| ثابت فرکانس ویژه ؛ فرکانس ویژه ، پیش تنیده ؛ وابسته به زمان ؛ وابسته به زمان ، معین وابسته به زمان ، پیش تنیده ، معین ؛ دامنه فرکانس ؛ دامنه فرکانس ، حالت ؛ دامنه فرکانس ، پیش تنیده دامنه فرکانس ، پیش تنیده شده ، مودال ؛ تجزیه و تحلیل سیگنال کوچک ، دامنه فرکانس ؛ کمانش خطی | سه بعدی-دوبعدی-دوبعدی(تقارن محوری) | – |  |
پیزوالکتریسیته | ||||||||||||||||||||||||
| ثابت ؛ فرکانس ویژه ؛ وابسته به زمان ؛ دامنه بسامد | سه بعدی | – |  |
پیزوالکتریکی ، پوسته لایه ای | ||||||||||||||||||||||||
| ثابت ؛ فرکانس ویژه ؛ وابسته به زمان ؛ دامنه فرکانس ؛ تجزیه و تحلیل سیگنال کوچک ، دامنه فرکانس ؛ فرکانس ویژه ، پیش تنیده ؛ دامنه فرکانس ، پیش تنیده | سه بعدی-دوبعدی-دوبعدی(تقارن محوری) | – |  |
مغناطیسی | ||||||||||||||||||||||||
| ثابت ؛ وابسته به زمان ؛ دامنه فرکانس | سه بعدی-دوبعدی-دوبعدی(تقارن محوری) | – |  |
فروالکتروالاستیسیته | ||||||||||||||||||||||||
| ثابت ؛ وابسته به زمان ؛ دامنه فرکانس | سه بعدی-دوبعدی-دوبعدی(تقارن محوری) | – |  |
الکتروستریکشن | ||||||||||||||||||||||||
| Piezoresistivity | ||||||||||||||||||||||||||||
| ثابت ؛ فرکانس ویژه ؛ وابسته به زمان ؛ وابسته به زمان ، مودال ؛ دامنه فرکانس ؛ دامنه فرکانس ، مود ؛ تجزیه و تحلیل سیگنال کوچک ، دامنه فرکانس ؛ فرکانس ویژه ، پیش تنیده ؛ دامنه فرکانس ، پیش تنیده | سه بعدی | – |  |
Piezoresistivity-جریان های دامنه | ||||||||||||||||||||||||
| ثابت ؛ فرکانس ویژه ؛ وابسته به زمان ؛ وابسته به زمان ، مودال ؛ دامنه فرکانس ؛ دامنه فرکانس ، مود ؛ تجزیه و تحلیل سیگنال کوچک ، دامنه فرکانس ؛ فرکانس ویژه ، پیش تنیده ؛ دامنه فرکانس ، پیش تنیده | سه بعدی | – |  |
Piezoresistivity-جریان های مرزی | ||||||||||||||||||||||||
|
۱٫این رابط فیزیک همراه با بسته اصلی COMSOL است اما قابلیت های بیشتری برای این ماژول اضافه کرده است. ۲٫این رابط فیزیک یک اتصال چند فیزیکی از پیش تعریف شده است که به طور خودکار تمام رابط های فیزیک و ویژگی های اتصال مورد نیاز را اضافه می کند. ۳٫نیاز به اضافه شدن ماژول AC / DC دارد. ۴٫نیاز به اضافه شدن ماژول سازه های ساختاری دارد. |
||||||||||||||||||||||||||||
مثال آموزشی: مدل سازی یک سنسور فشار خازنی:
این آموزش یک سنسور فشار مطلق فرضی را که به عنوان نمونه در کتاب MEMS عملی ،توسط V. Kaajakari استفاده شده است ، تحلیل می کند(V. Kaajakari، MEMSعملی، انتشارات دنده کوچک،لاس وگاس،صص ۲۰۷-۲۰۹ ، ۲۰۰۹).در ابتدا حساسیت دستگاه در شرایط عملیاتی ایده آل ارزیابی می شود.سپس اثر تنش ناشی از بسته بندی،هم از نظر حساسیت دستگاه به فشار و هم از نظر حساسیت ناشی از دما،تحلیل می شود.هندسه دستگاه در شکل ۳ نشان داده شده است.سنسور فشار بخشی از قالب سیلیکون است که در دمای ۷۰ درجه سانتیگراد به یک صفحه فلزی متصل شده است.مدل COMSOL از تقارن هندسه بهره می برد و فقط یک ربع واحد از دستگاه را مدل می کند.
شکل سوم:هندسه مدل. سمت چپ:هندسه دستگاه متقارن،با لبه های یک چهارم با آبی برجسته شده،صفحات تقارن را نشان می دهد. سمت راست:در COMSOL فقط ربع برجسته مدل شده و از شرایط مرزی تقارن بر روی دیواره های مقطع استفاده می شود.
یک بخش دقیق ۲D از طریق قسمت عملکردی دستگاه در شکل ۴ نشان داده شده است. یک غشای نازک با پتانسیل ثابت ۱ ولت نگه داشته می شود.غشا از صفحه زمین توسط اتاق کاملا بسته تحت خلا بالا جدا میشود.کناره های محفظه عایق بندی شده اند تا از اتصال بین غشا و صفحه زمین جلوگیری کنند(برای سادگی ، لایه عایق به وضوح در مدل چند فیزیکی COMSOL مدلسازی نشده است – این تقریب تأثیر کمی بر نتایج مطالعه خواهد داشت).
Equation
شکل ۴: سطح مقطع از طریق دستگاهی که خازن را نشان می دهد. محور عمودی برای تأکید بر شکاف گسترش یافته است.
فشار وارد شده بر روی غشا از گاز محیط باعث انحراف غشا می شود. ضخامت شکاف اکنون در راستای غشا متغیر است و بنابراین ظرفیت آن به زمین تغییر می کند.این ظرفیت سپس توسط یک مدار رابط ، مانند مدار تقویت کننده خازن سوئیچ شده که در مطالعه موردی در MEMS عملی مورد بحث قرار گرفته است،کنترل می شود.
تنش های حرارتی در نتیجه عدم تطابق هدایت حرارتی بین قالب سیلیکون و صفحه فلزی و دمای بالا که برای فرآیند اتصال استفاده می شود،در ساختار ایجاد می شوند(فرض کنید ۷۰ درجه سانتیگراد باشد،در مقایسه با دمای عملیاتی ۲۰ درجه سانتیگراد).این تنش ها تغییر شکل دیافراگم را در پاسخ به فشارهای وارد شده تغییر داده و پاسخ سنسور را تغییر می دهند.علاوه بر این،از آنجا که تنش ها به دما وابسته هستند،وابستگی دمایی نامطلوبی را به خروجی دستگاه وارد می کنند.
در ابتدا سنسور در مواردی که هیچ تنش بسته بندی وجود ندارد ، تجزیه و تحلیل می شود. سپس اثر تنش بسته بندی در نظر گرفته می شود.ابتدا پاسخ دستگاه در دمای ثابت با فشار اضافی بسته بندی ارزیابی می شود.در نهایت وابستگی دمایی پاسخ دستگاه در یک فشار اعمال شده ثابت ارزیابی می شود.
Model wizard:
یادداشت:این دستورالعمل ها برای رابط کاربری در ویندوز است اما با تفاوت های جزئی در لینوکس و مک نیز اعمال می شود.
۱٫برای شروع نرم افزار،بر روی نماد COMSOL در دسک تاپ دوبار کلیک کنید.هنگام باز شدن نرم افزار،می توانید برای ایجاد مدل جدید COMSOL یا مدل خالی برای ایجاد دستی استفاده از Model Wizard را انتخاب کنید.برای این آموزش،روی دکمه Model Wizard کلیک کنید.
اگر کامسول از قبل باز است شما میتوانید با انتخاب مدل جدید از منو فایل و سپس کلیک برروی Model Wizard آنرا باز کنید.
Model Wizard شما را در اولین مراحل راه اندازی مدل راهنمایی می کند. پنجره بعدی به شما امکان می دهد ابعاد فضای مدل سازی را انتخاب کنید.
۲٫در پنجره ی انتخاب بعد برروی گزینه سه بعدی کلیک کنید.
۳٫در درخت انتخاب فیزیک گره مکانیک سازه ها و سپس زیرگره تعامل سازه و الکترومغناطیس را گسترش دهید و سپس زیرگره الکترومکانیک را گسترش داده و الکترومکانیک را انتخاب کنید.
۴٫بر روی دکمه افزودن کلیک کنید ، مشاهده کنید که پنجره “رابط فیزیک اضافه شده” با رابط های فیزیک و اتصالات چند فیزیکی پر شده است ، و سپس روی مطالعه کلیک کنید.
۵٫در درخت زیر مطالعه های عمومی Stationary را انتخاب کنید.
۶٫روی Done کلیک کنید.
هندسه۱:
هندسه از یک پرونده خارجی وارد می شود.از آنجا که ساختار متقارن است،فقط یک چهارم هندسه فیزیکی مورد نیاز است.
Import1:
۱٫در نوارابزار هندسه برروی Insert Sequence کلیک کنید.
یادداشت: در لینوکس و مک ، نوار ابزار به مجموعه خاصی از کنترل ها در نزدیکی بالای دسک تاپ اشاره دارد.
۲٫فایل را مرور کرده و سپس فایل را باز کنید
capacitive_pressure_sensor_geom_sequence.mph in the application library folder MEMS_Module\Sensors
یادداشت:مکان پوشه ریشه کتابخانه برنامه بر اساس نصب شما متفاوت است. به عنوان مثال ،اگر نصب بر روی هارد دیسک شما باشد ، مسیر فایل ممکن است شبیه به عبارت زیر باشد.
C:\Program Files\COMSOL\COMSOL56\Multiphysics\applications\
برروی Build All3 کلیک کنید.
برروی دکمه Zoom Extents button4 در بالای پنجره گرافیک کلیک کنید.
Global defenition:
parameters:
۱٫در نوار ابزار Home برروی پارامتر کلیک کنید و Parameters 1 را انتخاب کنید.
۲٫در پنجره تنظیمات در زیر پارامترها ، تنظیمات زیر را در جدول پارامترها وارد کنید:
|
شرح |
اصطلاح | نام |
| فشار | ۲۰[kPa] | p0 |
| دمای اجرایی | ۲۰[degC] | T0 |
| دمای اتصال | ۷۰[degC] |
Tref |
یادداشت: واحدهای SI یا ضرب های آنها مانند Pa ، kPa و غیره ، یا حتی برخی از واحدهای غیر SI مانند درجه سانتیگراد را می توان با براکت های مربعی محصور کرد تا وارد رابط کاربری گرافیکی COMSOL Desktop شود.بخش “استفاده از واحدها” در “COMSOL Multiphysics Reference Manual for a detailed list of “supported units را ببینید.
Defenition:
بعد یک جفت غیر محلی برای محاسبه مقدار جهانی مشتق شده از مدل اضافه کنید. این عملگرها می توانند برای پردازش پس از پردازش و تنظیم مدل مناسب باشند،به عنوان مثال مقادیر انتگرال را در سیستم معادله قرار دهند. در اینجا یک اپراتور متوسط اضافه می شود تا میانگین جابجایی دیافراگم محاسبه شود و از یکپارچه سازی نقطه برای ایجاد تغییر مکان مرکز دیافراگم استفاده می شود.
Average 1:
۱٫در نوار ابزار Definitions ، Nonlocal Couplings را کلیک کرده و Average را انتخاب کنید.
۲٫در پنجره تنظیمات برای میانگین ، قسمت Source Selection را پیدا کنید.از لیست سطح موجودیت هندسی ، مرز را انتخاب کنید.
۳٫مرز ۱۲ را انتخاب کنید.
یادداشت: روشهای مختلفی برای انتخاب موجودی هندسی وجود دارد.برای انتخاب،به عنوان مثال،یک مرز،مکان نما را در بالای مرز در پنجره گرافیک قرار دهید.اگر مرز مورد نیاز با قرمز مشخص نشده است،چرخ اسکرول ماوس را بچرخانید تا مرز برجسته شود،سپس برای انتخاب آن کلیک کنید(از کلیدهای جهت دار بالا و پایین نیز می توان به جای چرخ اسکرول استفاده کرد).بلافاصله،بر روی دکمه Paste Selection کلیک کنید.در گفتگوی Paste Selection،در قسمت متن Selection،شماره ۱۲ (شماره مرزی) را تایپ کرده و سپس OK را کلیک کنید.روش دیگر استفاده از لیست Selection برای نمایش لیستی از اعداد مرزی موجود است(اگر از ویندوز استفاده می کنید یا از منوی Windows در سیستم عامل های دیگر از منوی صفحه اصلی> Windows در دسترس است).ابتدا با کلیک بر روی مرز و سپس کلیک بر روی “افزودن به انتخاب” محدودیت ها به انتخاب اضافه می شوند.برای افزودن چندین مرز،هنگام کلیک کلید Ctrl را نگه دارید.
Integration 1:
۱٫در نوار ابزار Definitions ، Nonlocal Couplings را کلیک کرده و Integration را انتخاب کنید.
۲٫در پنجره تنظیمات برای یکپارچه سازی ، قسمت Source Selection را پیدا کنید.از فهرست سطح موجودیت هندسی،Point را انتخاب کنید.
۳٫فقط نقطه ۴ را انتخاب کنید.
در مرحله بعد ، انتخاب ها را برای ساده سازی تنظیمات مواد و ویژگی های فیزیک تعریف کنید.
Explicit 1:
۱٫در نوار ابزار Definitions روی Explicit کلیک کنید.
۲٫فقط دامنه های ۳ و ۴ را انتخاب کنید.
۳٫در قسمت متن،Electrostatics را وارد کنید.
مکانیک جامدات:
سپس،تنظیمات ویژگی فیزیک به مدل اضافه می شوند.اینها شامل نیروهای فشار وارد بر حسگر،ولتاژ حس شده اعمال شده و سایر شرایط مرزی مناسب است.
ابتدا دامنه های رابط فیزیک Solid Mechanics را انتخاب کنید.
۱٫در پنجره Model Builder،در بخش Component 1 (comp1) روی Solid Mechanics (solid) کلیک کنید.
۲٫در پنجره تنظیمات Solid Mechanics،بخش Domain Selection را پیدا کنید.
۳٫از لیست انتخاب،Linear Elastic را انتخاب کنید. (این انتخاب در توالی هندسه تعریف شده است.)
شرط مرز تقارن ساختاری را روی مرزهای تقارن اعمال کنید.
Symmetry 1:
۱٫در نوار ابزار فیزیک،روی مرزها کلیک کنید و تقارن را انتخاب کنید.
۲٫در پنجره تنظیمات Symmetry قسمت Boundary Selection را پیدا کنید.از لیست Selection ، XZ Symmetry Plane را انتخاب کنید.
Symmetry 2:
۱٫در نوار ابزار فیزیک،روی مرزها کلیک کنید و تقارن را انتخاب کنید.
۲٫در پنجره تنظیمات Symmetry قسمت Boundary Selection را پیدا کنید.از لیست Selection ، YZ Symmetry Plane را انتخاب کنید.
یادداشت:شرایط مرزی تقارن الکتریکی (ویژگی Zero Charge) به طور پیش فرض اعمال می شود.
حرکت ساختار در بیشتر جهات توسط شرایط مرزی تقارن ساختاری محدود می شود.با این حال،کل دستگاه هنوز هم می تواند از محور z بالا و پایین بکشد.برای جلوگیری از این یک محدودیت نقطه اعمال کنید.
Prescribed Displacement 1:
۱٫در نوار ابزار Physics روی Points کلیک کنید و گزینه Prescription Displacement را انتخاب کنید.
۲٫تنها نقطه ۴۴ را انتخاب کنید.
۳٫در پنجره تنظیمات برای جابجایی تجویز شده،قسمت جابجایی تجویز شده را پیدا کنید. کادر انتخاب شده در جهت z را انتخاب کنید،قسمت ورودی را در مقدار پیش فرض ۰ بگذارید.
یک بار مرزی اعمال کنید تا فشار وارد بر سطح بالای دیافراگم را نشان دهد.
Boundary Load 1:
۱٫در نوار ابزار فیزیک،روی مرزها کلیک کنید و بار محدودیت را انتخاب کنید.
۲٫تنها مرز ۱۳ را انتخاب کنید.
۳٫در پنجره تنظیمات برای بار مرزی،بخش Force را پیدا کنید.
-از لیست نوع بار،فشار را انتخاب کنید.
-در قسمت متن p ،p0 را وارد کنید.
Definitions:
شرایط مش متحرک باید در حوزه تغییر شکل دهنده هوا اعمال شود.
تغییر شکل دامنه:
۱٫در پنجره Model Builder ،ترتیب های زیر را گسترش دهید ، سپس بر روی تغییر شکل دامنه ۱ کلیک کنید. (comp1)> Definitions> Moving Mesh node
۲٫در پنجره تنظیمات برای تغییر شکل دامنه ، قسمت Domain Selection را پیدا کنید. از لیست Selection ، Cavity را انتخاب کنید(این انتخاب در توالی هندسه نیز تعریف شده است).
تقارن ۱:
۱٫در پنجره Model Builder،در توالی زیر،روی Symmetry / Roller 1 کلیک کنید. Component 1 (comp1)> Definitions> Moving Mesh node
۲٫فقط مرزهای ۷ و ۸ را انتخاب کنید.
این اجازه می دهد تا مش در جهت z حرکت کند.
الکتروستاتیک:
ویژگی های ترمینال و زمین را به مدل اضافه کنید تا شرایط مرزی را برای قطعات الکترواستاتیک مدل اعمال کنید.
۱٫در پنجره Model Builder ، در بخش Component 1 (comp1) بر روی Electrostatics کلیک کنید.
۲٫در پنجره تنظیمات Electrostatics ، قسمت Domain Selection را پیدا کنید. از لیست Selection ، Electrostatics را انتخاب کنید.
ویژگی پیش فرض Charge Conservation برای استفاده از نوع مواد جامد تنظیم شده است.برای نمایش دامنه غیر جامد،یک ویژگی دیگر اضافه کنید.
Charge Conservation 2:
۱٫در نوار ابزار Physics ، روی Domains کلیک کرده و Charge Conservation را انتخاب کنید. توجه داشته باشید که لیست نوع Material گزینه پیش فرض Nonsolid را دارد.این برای دامنه مهر و موم شده مناسب است.
۲٫در پنجره تنظیمات برای Charge Conservation ، بخش Domain Selection را پیدا کنید. از لیست Selection ، Cavity را انتخاب کنید.
با فرض اینکه غشای سیلیکونی رسانای خوبی است ، از ویژگی Domain Terminal برای تنظیم ولتاژ بایاس در دامنه استفاده کنید.
یادداست: ویژگی Domain Terminal برای یک دامنه رسانا با شکل پیچیده و بسیاری از مرزهای خارجی بسیار مفید خواهد بود – به جای انتخاب همه مرزها برای تنظیم شرایط مرز Ground ، Terminal یا Electric Potential ، ما فقط باید دامنه را برای تعیین ترمینال دامنه با همان اثر انتخاب کنیم.علاوه بر این،بار محاسبات کاهش می یابد،زیرا درجه های الکترواستاتیک آزادی در ترمینال دامنه نیازی به حل نیست.
Terminal 1:
۱٫در نوار ابزار Physics روی Domains کلیک کرده و Terminal را انتخاب کنید.
۲٫تنها دامنه ۴ را انتخاب کنید.
۳٫در پنجره تنظیمات Terminal ،بخش Terminal را پیدا کنید. از لیست نوع ترمینال،ولتاژ را انتخاب کنید.
مقدار پیش فرض ۱ ولت در این نمونه خوب است.
زمین۱:
۱٫در نوار ابزار فیزیک،روی مرزها کلیک کنید و Ground را انتخاب کنید.
۲٫تنها مرز ۹ را انتخاب کنید.
مواد:
سنسور فشار شامل یک قالب سیلیکون با یک حفره بسته است.سنسور فشار در طی فرآیند بسته بندی بر روی یک صفحه استوانه ای استوانه ای پیوند می خورد.
COMSOL شامل یک کتابخانه مواد با بسیاری از خواص مواد از پیش تعریف شده است. از مواد از پیش تعریف شده برای ورق فولاد استفاده می شود ، اما سیلیکون به عنوان یک ماده تعریف شده توسط کاربر تنظیم می شود ، همانطور که برای این مدل از پارامترهای مواد ایزوتروپیک استفاده می شود تا مقایسه مستقیم با نتایج در practical MEMS حاصل شود.این حفره همچنین به ویژگی های “مواد” (برای تعریف میزان نسبی اجازه) نیاز دارد و از یک ماده تعریف شده توسط کاربر برای تنظیم مجاز بودن نسبی به ۱ در این منطقه استفاده می شود.
ماده۱:
۱٫در نوار ابزار Materials بر روی Blank Material کلیک کنید.
۲٫در پنجره Settings برای Material قسمت Material Contents را پیدا کنید. در جدول ، تنظیمات زیر را وارد کنید:
| مقدار | نام | ویژگیها |
| ۱۱٫۷ | epsilonr… | گذردهی نسبی |
| ۱۷۰[GPa] | E | مدول یانگ |
| ۰٫۰۶ | nu | ضریب پواسون |
| ۲۳۳۰ | rho | چگالی |
۲٫در قسمت متن Label ، Silicon را وارد کنید.
به طور پیش فرض اولین ماده برای همه دامنه ها اعمال می شود.برخی از این انتخاب ها با اضافه شدن مواد دیگر لغو می شوند.
ماده۲:
۱٫در نوار ابزار Material بر روی Blank Material کلیک کنید.
۲٫در پنجره تنظیمات مربوط به Material ،بخش Geometric Entity Selection را پیدا کنید.از لیست Selection ، Cavity را انتخاب کنید.
۳٫ در پنجره Settings برای Material قسمت Material Contents را پیدا کنید. در جدول،تنظیمات زیر را وارد کنید:
| مقدار | نام | ویژگی |
| ۱ | epsilonr | گذردهی نسبی |
مواد را غیر جامد قرار دهید. این مرحله مهمی است که رفتار مواد را در معادله پواسون هنگام فشرده سازی تعیین می کند. ثابت دی الکتریک مواد جامد در فشرده سازی افزایش می یابد،در حالی که این برای مواد غیر جامد اتفاق نمی افتد.
۴٫برای گسترش بخش Material Properties کلیک کنید.از لیست نوع Material ، Nonsolid را انتخاب کنید.
۵٫در قسمت متن Label،vaccum را وارد کنید.
Steel AISI 4340:
۱٫در نوار ابزار Material روی Add Material کلیک کنید.
۲٫به پنجره Add Material بروید. برای بزرگ کردن گره درخت ساخته شده کلیک کنید؛سپس Steel AISI 4340 را انتخاب کنید.
۳٫روی Add to Component کلیک کنید. سپس Add Add را در نوار ابزار Material کلیک کنید تا پنجره Add Material بسته شود.
۴٫در پنجره Model Builder روی Steel AISI 4340 کلیک کنید.
۵٫در پنجره تنظیمات مربوط به Material،بخش Geometric Entity Selection را پیدا کنید.از لیست Selection ،Steel Base را انتخاب کنید.
شبکه بندی۱:
بعد یک مش ساخت یافته راه اندازی کنید تا مشکل را برطرف کنید.
Mapped 1:
- در پنجره Model Builder ، در بخش Component 1 (comp1) روی Mesh1 راست کلیک کرده و More Operations> Mapped را انتخاب کنید.
۲٫تنها مرزهای ۳ و ۱۶ و ۳۲ را انتخاب کنید.
Size 1:
حداکثر اندازه عنصر را روی دیافراگم سنسور تنظیم کنید.
۱٫روی Mapped 1 راست کلیک کرده و Size را انتخاب کنید.
۲٫در پنجره تنظیمات برای اندازه قسمت Element Size را پیدا کنید. روی دکمه Custom کلیک کنید.
۳٫ قسمت Element Size Parameters را پیدا کنید. کادر تأیید Maximum size size را انتخاب کنید. در قسمت متن مرتبط ، [um]50 را وارد کنید.
۴٫ قسمت Geometric Entity Selection را پیدا کنید. مرزهای ۳ ، ۱۶ و ۳۲ از پیش انتخاب شده اند. فقط با کلیک روی شماره ناخواسته و سپس فشار دادن کلید Delete روی صفحه کلید ، انتخاب را به مرز ۳ تغییر دهید(۱۶ و سپس ۳۲).
۵٫روی دکمه Build All کلیک کنید.
شبکه را از طریق سازه جاروب کنید.
Swept 1:
۱٫روی Mesh 1 کلیک راست کرده و Swept را انتخاب کنید.
۲٫روی ساخت همه کلیک کنید.
Study 1:
مطالعه ای را تنظیم کنید که طیف وسیعی از فشارهای اعمال شده را جابجا کند ، تا بتوان پاسخ حسگر را ارزیابی کرد.
Step 1: Stationary:
۱٫در پنجره Model Builder ، گره Study 1 را گسترش دهید ، سپس روی مرحله ۱: ثابت کلیک کنید.
۲٫در پنجره تنظیمات برای ثابت،برای گسترش بخش Study Extensions کلیک کنید.کادر انتخاب جاروب کمکی را انتخاب کنید.
۳٫برروی Add کلیک کنید.
پارامتر ادامهp0 ( فشار) به طور پیش فرض اضافه می شود. این پارامتر صحیح برای جابجایی است.
۴٫روی دکمه Range کلیک کنید.به کادر گفتگوی Range بروید.
-در قسمت شروع متن ، ۰ را وارد کنید.
-در قسمت متن Step ، ۵۰۰۰ را وارد کنید.
-در قسمت Stop text ، ۲۵۰۰۰ را وارد کنید.
۵٫روی دکمه Add کلیک کنید.
۶٫در نوار ابزار Home بر روی محاسبه کلیک کنید.
نتایج:
Displacement (solid):
۱٫در پنجره Model Builder ، در بخش Results بر روی Displacement (جامد) کلیک کنید. بیشتر این ساختار در این مطالعه اولیه دارای حرکت صفر است. برای تسهیل در تحلیل نتایج ، انتخابی را به محلول اضافه کنید تا فقط دامنه های مورد نظر در نمودارها نمایش داده شوند.
Datasets:
در پنجره Model Builder،گره Results> Datasets را گسترش دهید ، سپس روی Study 1 / Solution 1 (sol1) کلیک کنید.
Selection:
۱٫در نوار ابزار Results ، روی Attributes کلیک کرده و Selection را انتخاب کنید.
۲٫در پنجره تنظیمات برای انتخاب ، قسمت Geometric Entity Selection را پیدا کنید. از لیست سطح موجودیت هندسی ، دامنه را انتخاب کنید.
۳٫از لیست Selection ، Electrostatics را انتخاب کنید.
۴٫کادر انتخاب به ابعاد پایین را انتخاب کنید.
Displacement (solid):
۱٫در درخت Model Builder روی گره جابجایی (جامد) کلیک کنید.
۲٫روی دکمه Zoom Extents در بالای پنجره Graphics کلیک کنید.
نمودار اکنون جابجایی دیافراگم را نشان می دهد ، که ، همانطور که انتظار می رود، حداکثر در مرکز سنسور است.
بعد،پتانسیل الکتریکی را در یک صفحه xy-oriented بین دیافراگم سنسور و صفحه زمین رسم کنید.
پتانسیل الکتریکی:
۱٫در پنجره Model Builder ، گره Results> Electric Potential (es) را گسترش دهید ، سپس روی Multislice 1 کلیک کنید.
۲٫در پنجره تنظیمات Multislice،بخش Multiplane Data را پیدا کنید.
-زیر بخش x-plane را پیدا کنید.در قسمت متن Planes ، نوع ۰ را تایپ کنید.
-زیر بخش y-plane را پیدا کنید.در قسمت متن Planes ، نوع ۰ را تایپ کنید.
-زیر بخش plane-z را پیدا کنید.از لیست روش Entry ، مختصات را انتخاب کنید.
-در قسمت متن مختصات، ۰٫۰۰۲۳- [میلی متر] را تایپ کنید.
۳٫برای گسترش بخش Range کلیک کنید.کادر انتخاب Manual color range را انتخاب کنید.
-در قسمت Minimum text ، ۰ را تایپ کنید.
-در قسمتmaximum text ، ۱ را تایپ کنید.
Selection 1:
۱٫بر روی نتایج> پتانسیل الکتریکی> multislice1 کلیک راست کرده و گزینه Selection را انتخاب کنید.
۲٫در پنجره تنظیمات برای انتخاب ، قسمت Selection را پیدا کنید. از لیست Selection ، Cavity را انتخاب کنید.
۳٫ در نوار ابزار پتانسیل الکتریکی (برق) ، روی دکمه نمودار (Plot) کلیک کنید.
به دلیل تغییر شکل دیافراگم،پتانسیل به طور غیر یکنواخت در صفحه توزیع می شود،که حفره را در یک ارتفاع ثابت برش می دهد. بعد،تغییر شکل دیافراگم به عنوان تابعی از اختلاف فشار در آن رسم می شود.هر دو میانگین و حداکثر جابجایی رسم شده است.
۱D Plot Group4:
۱٫در نوار ابزار Home روی Add Plot Group کلیک کنید و D Plot Group1 را انتخاب کنید.
۲٫در نوار ابزار D Plot Group 41 روی Global کلیک کنید.
Global 1:
برای ارزیابی تغییر مکان در نقطه میانی غشا و میانگین تغییر مکان،از عملگرهای یکپارچه سازی نقطه و میانگین سطح که قبلاً تعریف شده استفاده کنید.
۱٫در پنجره تنظیمات برای بخش Global ، بخش y-Axis Data را پیدا کنید.در جدول ،تنظیمات زیر را وارد کنید:
| شرح | واحد | اصطلاح |
| حداکثر جابجایی | um | intop1(w) |
| جابجایی میانگین | um | aveop1(w) |
۱D Plot Group 4:
۱٫در پنجره Model Builder روی D Plot Group 41 کلیک کنید.
۲٫در پنجره تنظیمات برای D Plot Group 41 ،برای گسترش بخش عنوان کلیک کنید.
-از لیست Title type ، Manual را انتخاب کنید.
-در قسمت عنوان عنوان ، Diaphragm Displacement را وارد کنید.
۳٫قسمت Plot Settings را پیدا کنید.
-کادر انتخاب برچسب محور x را انتخاب کنید.در قسمت متن برچسب محور x ،فشار Pa))را وارد کنید.
-کادر تأیید برچسب محور y را انتخاب کنید. در قسمت متن برچسب محور Y ، تغییر مکان را وارد کنید.
۴٫برای گسترش بخش Legend کلیک کنید.از لیست Position،پایین سمت چپ را انتخاب کنید.
۵٫در قسمت متن Label ، Diaphragm Displacement vs Pressure را وارد کنید.
۶٫در نوار ابزار Diaphragm Displacement vs Pressure ، روی نمودار Plot) )کلیک کنید.
در فشار اعمال شده ۱۰ کیلو پاسکال،جابجایی دیافراگم در مرکز ۰٫۸۹ میکرومتر است. میانگین جابجایی دیافراگم ۰٫۲۷ میکرومتر است.این مقادیر با مدل تقریبی ارائه شده در MEMS عملی مطابقت خوبی دارند(حداکثر جابجایی ۰٫۹۳ میکرومتر،متوسط جابجایی ۰٫۲۷ میکرومتر).
اکنون ظرفیت سنسور را به عنوان تابعی از فشار وارد شده رسم کنید.اگر از تقویت کننده خازن سوییچ شرح داده شده در MEMS عملی برای تولید خروجی استفاده شود،عملکرد خروجی یا انتقال سنسور مستقیماً متناسب با تغییر ظرفیت است.
D Plot Group 51:
۱٫در نوار ابزار Home ، روی Add Plot Group کلیک کرده و D Plot Group1 را انتخاب کنید.
۲٫در نوار ابزار D Plot Group 51 روی Global کلیک کنید.
از آنجا که از شرایط مرزی ترمینال برای زیر دیافراگم استفاده شده است، COMSOL به طور خودکار ظرفیت خود را با توجه به زمین محاسبه می کند.مقدار ظرفیت به عنوان یک متغیر در تجزیه و تحلیل نتیجه در دسترس است.
۳٫در پنجره تنظیمات برای Global،بر روی Replace Expression در گوشه بالا سمت راست بخش y-Axis Data کلیک کنید. از فهرست،به بخش زیر بروید.سپس برای انتخاب مورد دوبار کلیک کنید:
Component 1>Electrostatics>Terminals>es.C11 – Maxwell capacitance – F
سپس،ظرفیت محاسبه شده را با جابجایی کوچک،بیان تحلیلی خطی مشتق شده در MEMS Practicalمقایسه کنید.
۴٫ قسمت y-Axis Data را پیدا کنید. درجدول ، واحد ردیف اول را به pF تغییر دهید و ردیف دوم را وارد کنید،همانطور که در زیر نشان داده شده است:
| شرح | واحد | اصطلاح |
| ظرفیت | pF | es.C11 |
| ظرفیت تحلیلی خطی | pF | ۰٫۷۳۸[pF]*(1+8.87e-6[1/Pa]*p0) |
۵٫ در پنجره Model Builder روی D Plot Group 51کلیک کنید.
۶٫در پنجره تنظیمات برای D Plot Group1 بخش عنوان را پیدا کنید.
-از لیست Title type ، Manual را انتخاب کنید.
-در قسمت متن عنوان،Model Capacitance vs Pressure را وارد کنید.
۷٫قسمت Plot Settings را پیدا کنید.
-کادر انتخاب برچسب محور x را انتخاب کنید.در قسمت متن برچسب محور x،وارد کنید.
-کادر تأیید برچسب محور y را انتخاب کنید.در قسمت متن برچسب محور y ، ظرفیت (pF) را وارد کنید.
۸٫قسمت Legend را پیدا کنید.از لیست Position ، سمت چپ بالا را انتخاب کنید.
۹٫در قسمت متن برچسب،Model Capacitance vs Pressure را وارد کنید.
۱۰٫برروی رسم نمودار کلیک کنید.
ظرفیت فشار سنسور با فشار وارد شده افزایش می یابد. شیب منحنی رسم شده اندازه گیری مفیدی از پاسخ دستگاه می دهد. در ابتدا پاسخ مدل (۴/۱ کل سنسور)Equation است، در مقایسه با پاسخ تحلیلی ساده که برابر Equation است.
بنابراین پاسخ کل حسگرEquation در مقایسه با مقدار تحلیلی Equation است.با مدار اندازه گیری پیشنهادی در MEMS practical، این مربوط به عملکرد انتقال سنسورEquation برای مدل COMSOL و Equationبرای مدل تحلیلی ساده است.
پاسخ غیر خطی است ، بنابراین در ۲۰ کیلو پاسکال خروجی مدل Equation است (خروجی دستگاه )
سپس،برای ارزیابی اثرات تنشها بر عملکرد دستگاه،انبساط حرارتی را به مدل اضافه کنید.
Solid Mechanics:
در نوار ابزار فیزیک ، بر روی الکترواستاتیک (ها) کلیک کنید (نه قسمت بالایی که این آیکون نشان می دهد
بلکه قسمت پایین که متن “الکترواستاتیک” با نماد مثلث سیاه رو به پایین نشان داده می شود) و مکانیک جامد (جامد) را انتخاب کنید.
Thermal Expansion 1:
۱٫در پنجره Model Builder ، Solid Mechanics (solid) را گسترش دهید و سپس روی Linear Elastic Material 1 کلیک کنید. در نوار ابزار Physics روی Attributes کلیک کنید و گزینه Thermal Expansion را انتخاب کنید.
دمای مدل باید روی پارامتر دمای اتاق که قبلاً تعریف شده،T0 تنظیم شود.
۲٫در پنجره تنظیمات برای گسترش حرارتی،قسمت Model Inputs را پیدا کنید تا گزینه “تعریف شده توسط کاربر” را برای لیست دما انتخاب کنید.در قسمت متن T ، T0 را وارد کنید.
دمای مرجع دمایی را نشان می دهد که ساختار فاقد فشار حرارتی باشد. در این حالت،آن را روی پارامتر قبلی تعریف شده Tref.Tref تنظیم می کنیم دمایی که در آن قالب سیلیکون به صفحه حامل فلز پیوند خورده است.
۳٫گزینه “تعریف شده توسط کاربر” را برای لیست درجه حرارت مرجع انتخاب کنید.در قسمت متن Tref ، Tref را وارد کنید.
Materials:
خصوصیات تعریف شده توسط کاربر که قبلاً برای سیلیکون اضافه شده اند،شامل انبساط حرارتی آن نیستند،بنابراین این باید اضافه شود.
Silicon:
COMSOL یک هشدار را در تنظیمات مشخصات مواد نشان می دهد تا یک خاصیت از دست رفته را نشان دهد.
۱٫در پنجره Model Builder،در زیر کامپوننت ۱ (comp1)< مواد روی Silicon کلیک کنید.
۲٫در پنجره Settings برای Material قسمت Material Contents را پیدا کنید.
۳٫در جدول،یک مقدار برای ضریب انبساط حرارتی سیلیکون به ردیف مناسب اضافه کنید.
|
مقدار |
نام | ویژگیها |
| آلفا |
ضریب انبساط حرارتی |
Study 2:
مطالعه جدیدی برای محاسبه پاسخ سیستم از جمله اثرات انبساط حرارتی اضافه کنید.
Add Study:
۱٫در نوار ابزار Home،روی Add Study کلیک کنید تا پنجره Add Study باز شود.
۲٫به پنجره Add Study بروید.در درخت تحت مطالعات عمومی،روی ثابت کلیک کنید.
۳٫روی Add Study کلیک کنید.سپس Add Add Study را در نوار ابزار Home کلیک کنید تا پنجره Add Study بسته شود.
Step 1: Stationary:
۱٫در پنجره تنظیمات مربوط به ثابت،قسمت Study Extensions را پیدا کنید.کادر انتخاب جارو کمکی را انتخاب کنید.
۲٫برروی Add کلیک کنید.
پارامتر ادامه فشارp0)) به طور پیش فرض اضافه می شود.این پارامتر صحیح برای جابجایی است.
۳٫محدوده را کلیک کنید.به کادر محاوره ای محدوده بروید.
-در قسمت شروع متن،۰ را وارد کنید.
-در قسمت متن Step ، ۵۰۰۰ را وارد کنید.
-در قسمت Stop text ، ۲۵۰۰۰ را وارد کنید.
۴٫روی دکمه Add کلیک کنید.
۵٫در نوار ابزار Home بر روی محاسبه کلیک کنید.
Results:
برای تجسم مقطع دستگاه،یک مجموعه داده همسان(آینه)ایجاد کنید.
Datasets:
۱٫در نوار ابزار نتایج،روی «مجموعه داده های بیشتر» کلیک کنید و Mirror 3D را انتخاب کنید.
۲٫در پنجره تنظیمات برای Mirror 3D بخش داده را پیدا کنید.از لیست Dataset، Study 2/Solution 2 را انتخاب کنید.
۳٫هواپیما را به عنوان صفحه پیش فرض y-z ترک کنید.
Displacement (solid) 1:
۱٫در پنجره Model Builder،در بخش راست کلیک بر روی گزینه (راست) کلیک راست کرده و Duplicate را انتخاب کنید.
۲٫در پنجره تنظیمات برای D Plot Group3 بخش داده را پیدا کنید.از لیست Dataset ،Mirror 3D 1 را انتخاب کنید.
۳٫روی دکمه Plot کلیک کنید.
توجه داشته باشید که کل ساختار اکنون در دمای اتاق ، در نتیجه تنش گرمایی ، حرکات غیر صفر دارد.
اکنون به اثر تنش گرمایی بر روی پاسخ سنسور نگاه کنید.یک گره عمومی اضافی به نمودار تعریف شده قبلی اضافه کنید.این گره جداگانه می تواند به یک مجموعه داده دیگر اشاره کند،و طرحی از جابجایی دستگاه تحت فشار حرارتی در کنار نمودار بدون تنش ایجاد می کند.
Diaphragm Displacement vs Pressure:
۱٫در پنجره Model Builder،در بخش Results> Diaphrag Displacement vs Pressure بر روی Global 1 کلیک راست کرده و Duplicate را انتخاب کنید.
۲٫در پنجره تنظیمات برای Global،بخش داده را پیدا کنید.از لیست Dataset ، Study 2/Solution 2 را انتخاب کنید.
۳٫قسمت y-Axis Data را پیدا کنید. در جدول،تنظیمات زیر را برای ردیف اول وارد کنید و ردیف ۲ را حذف کنید (aveop1):
| شرح | واحد | اصطلاح |
| جابجایی حداکثر با مجموعه تنشها | um | intop1(w) |
۴٫روی دکمه Plot کلیک کنید.
در نتیجه مجموعه تنش،حداکثر جابجایی غشا در فشار صفر وارد شده اکنون صفر است. شیب خط فشار جابجایی نیز تغییر کرده است.
Model Capacitance vs Pressure:
اکنون نتایج تحت فشار حرارتی را به نمودار Capacitance vs Pressure اضافه کنید.
۱٫بر روی گره Model Capacitance vs Pressure کلیک کنید.در نوار ابزارGlobal , Model Capacitance vs Pressure را کلیک کنید.
۲٫روی Replace Expression در گوشه بالا سمت راست y-Axis Data section کلیک کنید.از فهرست،به بخش زیر بروید،سپس برای انتخاب مورد دوبار کلیک کنید.
Component 1>Electrostatics>Terminals>es.C11 – Maxwell capacitance – F
۳٫روی Replace Expression در گوشه بالا سمت راست بخش y-Axis Data کلیک کنید.از فهرست،به بخش زیر بروید،سپس برای انتخاب مورد دوبار کلیک کنید.
Component 1>Electrostatics>Terminals>es.C11 – Maxwell capacitance – F
۴٫قسمت y-Axis Data را پیدا کنید.در جدول،ردیف اول را اصلاح کنید تا با تنظیمات زیر مطابقت داشته باشد(توجه داشته باشید که واحد برای مطابقت با نمودار قبلی عمومی به pF تغییر یافته است).
| شرح | واحد | اصطلاح |
| ظرفیت با مجموعه تنشها | pF | es.C11 |
۵٫روی دکمه Plot کلیک کنید.
مجموعه تنشها باعث تغییر قابل توجهی در پاسخ دستگاه می شود.
در فشار صفر اعمال شده حساسیت مدل COMSOL به ( Equation برای کل دستگاه) افزایش یافته است.با مقدار بدون تنش ( برای کل دستگاه) مقایسه کنید.
این اثر حتی در فشار ۲۰ کیلو پاسکال بیشتر آشکار می شود،در اینجا مدلی که شامل تنش های گرمایی است،حساسیت فشارEquation ( برای کل دستگاه) را نشان می دهد،در مقایسه با حساسیت بدون تنشEquation ( خروجی سنسور).
کالیبراسیون دستگاه برای از بین بردن اثر مجموعه کرنشها ممکن است امکان پذیر باشد.با این حال،اضافه شدن تنش های گرمایی به سیستم مسئله دیگری ایجاد کرده است،زیرا پاسخ سنسور به دلیل حساسیت دمایی کرنش گرمایی اکنون به دما وابسته است.این اثر در مطالعه نهایی ارزیابی می شود.
Study 3:
Add Study:
۱٫در نوار ابزار Home،روی دکمه Add Study کلیک کنید تا پنجره Add study اضافه شود.
۲٫به پنجره Add Study بروید.در درخت،در بخش General Studies ،Stationary را انتخاب کنید.
۳٫روی Add Study کلیک کنید.سپس دوباره روی Add Study در نوار ابزار کلیک کنید تا پنجره Add study بسته شود.
Step 1: Stationary:
۱٫در پنجره Model Builder در بخش Study 3 رویStep1:Stationary ثابت کلیک کنید.
۲٫در پنجره تنظیمات برای ثابت،بخش Study Extensions را پیدا کنید.کادر انتخاب Auxiliary sweep را انتخاب کنید.
برای ارزیابی حساسیت دمایی دستگاه،دمای کار را در فشار اعمال شده ثابت جاروب(sweep over) کنید.
۳٫برروی Add کلیک کنید.
۴٫در لیست سلول اول جدول،پارامترT0 (دمای کاری)را انتخاب کنید:
| نام پارامتر |
| T0 |
۵٫Range را کلیک کنید. به کادر Range dialog box بروید.
-در قسمت شروع،۲۹۰ را وارد کنید.
-در قسمت گام، ۵ را وارد کنید.
-در قسمت توقف،۳۰۰ را وارد کنید.
۶٫روی دکمه Add کلیک کنید.
برای این مطالعه،نمودارهای پیش فرض را غیرفعال کنید زیرا این موارد مشابه آنچه در مطالعه ۲ ایجاد شده است خواهد بود.
۷٫در پنجره Model Builder ، Study 3 را کلیک کنید.
۸٫در پنجره تنظیمات برای مطالعه،قسمت Study Settings را بیابید.کادر تأیید Generate default plots را پاک کنید.
۹٫Compute را انتخاب کنید.
Results:
یک نمودار اضافه کنید تا نشان دهد چقدر پاسخ سنسور با دما تغییر می کند.پاسخ در یک فشار اعمال شده با مقدار پارامتر Equation محاسبه می شود.
D Plot Group 101:
۱٫در نوار ابزار Home ، روی Add Plot Group کلیک کرده و D Plot Group1 را انتخاب کنید.
۲٫در پنجره تنظیمات برای ۱D Plot Group بخش داده را پیدا کنید.از لیست Dataset، Study 3/Solution 3 را انتخاب کنید.
۳٫در نوار ابزار D Plot Group 101 روی Global کلیک کنید.
۴٫در پنجره تنظیمات برای Global ، روی Replace Expression در گوشه بالا سمت راست بخش y-Axis Data کلیک کنید. از منو،به بخش زیر بروید؛سپس برای انتخاب دوبار کلیک کنید.
Component 1>Electrostatics>Terminals>es.C11 – Maxwell capacitance – F
۵٫بخش y-Axis Data را پیدا کنید.در جدول،ردیف اول را اصلاح کنید تا با تنظیمات زیر مطابقت داشته باشد:
| شرح | واحد | اصطلاح |
| ظرفیت | pF | es.C11 |
۶٫در Model Builder روی ۱D Plot Group 10 کلیک کنید.
۷٫در پنجره تنظیمات برای D Plot Group1 بخش عنوان را پیدا کنید.
– از لیست Title type ، Manual را انتخاب کنید.
– در قسمت عنوان،Model Capacitance vs Operating Temperature را وارد کنید.
۸٫قسمت Plot Settings را پیدا کنید.
– کادر انتخاب برچسب محور x را انتخاب کنید.در قسمت متن مرتبطOperating Temperature را وارد کنید.
۹٫در قسمت متن Label ، Capacitance vs Operating Temperature را وارد کنید.
۱۰٫برروی Plot کلیک کنید.
در فشار ۲۰ کیلو پاسکال،حساسیت دمایی مدل با گرادیان این منحنی،تقریباً Equation ( برای کل دستگاه) داده می شود.با توجه به حساسیت فشار Equation در ۲۰ کیلو پاسکال(برای یک ربع واحد دستگاه)این مربوط به فشار معادل ۱۴۰ Pa/ K در خروجی سنسور است.در مقایسه با کف سروصدای مدار اندازه گیری پیشنهادی در Practical MEMS (Equation ) این تعداد بسیار بزرگ است.این مدل نشان می دهد که انتخاب اشتباه مجموعه می تواند تأثیر بسیار مخربی بر عملکرد سنسور داشته باشد.
