طراحی و بهینه سازی یک مکانیزم یکپارچه ی سری برای کاربرد در میکروسکوپ نیروی اتمی

در این مقاله یک مکانیزمِ سری و منعطفِ دو درجه آزادی با عملگر پیزوالکتریک برای کاربرد در پلتفرم پوینده ی میکروسکوپ نیروی اتمی طراحی شده است. مشخص ههای اصلی در این نوع مکانیزم ها، فرکانس طبیعی و بازه ی حرکتی است. حالت مطلوب آن است که با طراحی و تعیین ابعاد مکانیزم این دو مقدار را به بیشترین عدد ممکن رساند تا میکروسکوپ نیروی اتمی بالاترینمیزان چابکی و محدوده ی عملکرد را دارا باشد؛ اما نکته حائز اهمیت آن است که این دو پارامتر رابطه ی عکس با یکدیگر دارند. به بیانی دیگر، با افزایش فرکانس طبیعی، بازه ی حرکتی مکانیزم کاهش می باید؛ بنابراین در طراحی و تعیین مشخصه های مکانیزم باید تلاش کرد به نقطه ی بهینه دست یافت. در این پژوهش، مکانیزم جدیدی طراحی شده است. سپس با تغییر پارامترهای ابعادی، دید مناسبی از حساسیت دو پارامتر اصلی مکانیزم بر مشخصه های طراحی بدست آمد که در بهبود طراحی مورد استفاده قرار گرفت. در ادامه با استفاده از روش مونت کارلو در نرم افزار اجزا محدود کامسول نقطه ی بهینه با اعمال محدودیت ها و هدف اصلی (افزایش فرکانس طبیعی و بازه ی حرکتی در دو راستا) بدست آمد. در نهایت مکانیزمی طراحی شده است که ضریب تقویت جابه جایی آن در دو راستای X و Y ، به ترتیب 1 / 4 و 12 / 5 است. به عبارتی دیگر، اگر فرض شود عملگر پیزوالکتریک مورد استفاده 31 میکرومتر افزایش طول داشته باشد، جایگاه نمونه در دو راستای X و Y به ترتیب 1 / 127 و72 / 158 میکرومتر جابه جا خواهد شد. همچنین فرکانس طبیعی اول این مکانیزم نیز در نرم افزار کامسول برابر با 72 / 180 هرتز بدست آمد.

کلیدواژه ها:

مکانیزم منعطف ، عملگر پیزوالکتریک ، میکروسکوپ نیروی اتمی ، فرکانس طبیعی ، بازهی حرکتی ، روش اجزا محدود