طراحی و شبیه سازی نانوحسگر شتاب سنج چندگانه پیزوالکتریک مقاومتی- خازنی

در این مقاله، طراحی و شبیه سازی ریاضی یک نانوحسگر شتاب سنج ترکیبی پیزوالکتریک خازنی- مقاومتی با استفاده از نرم افزار مالتی فیزیک Comsol مورد بررسی قرار گرفته است. معادله حاکم بر جابه­جایی عرضی حسگر با فرض تیر اولر- برنولی یکسر گیردار یکسر آزاد با در نظر گرفتن نیروهای الکترواستاتیک و واندروالس- کازیمیر ارائه شده است. اثر در نظر گرفتن لایه پیزوالکتریک، پیزومقاومت و صفحه خازنی در رفتار خمشی نانوحسگر با اعمال خواص فیزیکی لایه ها به کمک واسط های ریاضی در محیط نرم افزار Comsol شبیه سازی­شده و سپس تحلیل شده است. تحلیل نتایج شامل محاسبه مقدار تغییرات مقاومت /RR∆،تغییرات پتانسیل الکتریکی V/V∆ لایه پیزوالکتریک و تغییرات ظرفیت خازنی C/C∆برحسب شتاب، توزیع تنش فون مایزز به­ازای شتاب های مختلف و مقایسه بیشینه مقدار تنش با تنش تسلیم حسگر، توزیع خیز بر اساس شتاب وارد­شده به نانوحسگر، تحلیل خستگی و تعیین شکل مودها و فرکانس های طبیعی حسگر برای حصول اطمینان از کارکرد آن ارائه شده اند. همچنین، تاثیر تغییر پارامترهای مختلف شامل شتاب اعمالی نانو g و تغییر ماده پیزومقاومت بر رفتار حسگر بررسی شده است. از نتایج به دست آمده مشاهده می گردد که نانوحسگر از نظر حساسیت اندازه گیری، سطح تنشی و عمر خستگی به­طور مناسبی طراحی شده است

کلیدواژه ها:

نانوحسگر شتاب سنج ، نانوتیر یکسر گیردار ، نانوحسگر پیزوالکتریک خازنی- مقاومتی ، تحلیل المان محدود ، نرم افزار Comsol ، تحلیل خستگی