مهندسی مکانیک مدرس

مهندسی مکانیک مدرس

مدل‎سازی و محاسبه‌ی ضریب کیفیت اتلاف تکیه‌گاه در مد ارتعاشی شناور تشدیدگر مستطیلی میکرومکانیکی با دو تیر نگهدارنده T شکل

نویسندگان
1 استادیار گروه مکانیک دانشگاه بیرجند
2 دانشگاه بیرجند
3 استادیار گروه الکترونیک دانشگاه بیرجند
چکیده
تشدیدگرهای میکرومکانیکی قطعات کوچکی هستند که در فرکانس‌های بالا ارتعاش می‏کنند. امروزه با پیشرفت‏های انجام شده در زمینه ساخت سیستم‏های میکروالکترومکانیکی، این تشدیدگرها در حسگرها، سیستم‏های ارتباطی بی‏سیم و ناوبری کاربرد گسترده‏ای یافته‏اند. مکانیزم‌های رایج اتلاف انرژی در تشدیدگرهای میکرومکانیکی شامل اتلاف هوا، اتلاف ترموالاستیک و اتلاف تکیه‌گاه می‏شوند. در این مقاله با توجه به غالب بودن مکانیزم اتلاف تکیه‏گاه در کاربردهای مهمی نظیر نوسان‏سازها، فیلترهای الکتریکی و ژیروسکوپ‌ها، رابطه ضریب کیفیت اتلاف تکیه‌گاه در مد ارتعاشی شناور تشدیدگر مستطیلی میکرومکانیکی با دو تیر نگهدارنده محاسبه و برای اعتبارسنجی از مطالعات آزمایشگاهی استفاده می‏شود. نتایج به‏دست آمده با نتایج آزمایشگاهی مطابقت قابل قبولی داشته و درستی مدل‏سازی انجام شده را نشان می‎دهد. همچنین این نتایج نشان می‌دهند که ضریب کیفیت اتلاف تکیه‌گاه با افزایش ضخامت زیرلایه افزایش می‌یابد. علاوه بر این، طرح جدیدی برای افزایش ضریب کیفیت اتلاف تکیه‏گاه در مد ارتعاشی شناور تشدیدگرهای مستطیلی میکرومکانیکی پیشنهاد می‏شود. برای این منظور، از تیرهای T شکل به جای تیرهای نگهدارنده معمولی استفاده شده و محاسبات انجام شده نشان می‏دهند که ضریب کیفیت تشدیدگر در فرکانس‏ تشدید یکسان در حدود 5/1 برابر افزایش می‏یابد.
کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله English

Modeling and calculating the anchor loss quality factor in the plunging-mode vibrations of a micromechanical rectangular-plate resonator with two T-shaped support beams

نویسندگان English

Mehdi Raghebi 1
Majid Bagheri 2
Abolfazel Bijari 3
چکیده English

Micromechanical resonators are miniature devices that vibrate at high frequencies. Nowadays, with the recent advances in micro-electro-mechanical systems (MEMS) fabrication technology, micromechanical resonators are used widely in sensors, wireless communication and navigation systems. The commonly encountered energy loss mechanisms in micromechanical resonators include air damping, thermoelastic dissipation and anchor loss. In this paper, with regard to the dominated quality factor by anchor loss in some important applications including oscillators, electrical filters and gyroscopes, the closed-form expression is obtained for anchor loss quality factor in the plunging-mode vibrations of micromechanical rectangular-plate resonator with two support beams. The findings are validated by comparing with experimental data. As far as there is an acceptable match between the analytical and experimental results, the proposed model is confirmed. The results also show that the anchor loss quality factor increases with increasing substrate thickness. Moreover, a new design is proposed to enhance the anchor loss quality factor in the plunging-mode vibrations of micromechanical rectangular-plate resonators. For this purpose, the conventional support beams are replaced with T-shaped support beams. Besides, the results show that the anchor loss quality factor at the same resonant frequency is enhanced about 1.5 times.

کلیدواژه‌ها English

Micromechanical Rectangular-plate Resonator
Quality Factor
Anchor Loss
Plunging-Mode