مدل سازی و تحلیل تاثیر ضریب دی الکتریک بر عملکرد حسگرهای فشار خازنی

در این پژوهش، تاثیر ضریب دی الکتریک ماده متخلخل بر عملکرد حسگرهای فشار خازنی مبتنی بر غشای دایره ای سیلیکونی، با به کارگیری یک مدل چندفیزیکی و غیرخطی بررسی شده است. برای بررسی تاثیر مستقل این پارامتر ضریب دی الکتریک به عنوان تنها متغیر مستقل در سه سطح ۳، ۴۰ و ۸۰ انتخاب شده و تاثیر آن بر پاسخ استاتیکی حسگر تحلیل شده است؛ در حالی که مدول یانگ و سایر خواص مکانیکی ثابت در نظر گرفته شده اند. مدل سازی بر پایه معادلات حاکم غیرخطی صفحه کلاسیک و در نظر گرفتن تراکم پذیری دی الکتریک متخلخل انجام و با روش گالرکین حل عددی شده است. نتایج حاکی از آن است که افزایش ضریب دی الکتریک منجر به کاهش چشمگیر ولتاژ پولاین از ۲۴۰ ولت در =۳ به ۵۰ ولت در ۸۰ و افزایش حساسیت استاتیکی هم از نظر جابجایی مکانیکی و هم از نظر تغییرات ظرفیت خازنی می شود. این رفتارها ناشی از افزایش نیروی الکترواستاتیک و نرم شدگی موثر ساختار است. یافته ها نشان می دهند که بهینه سازی ضریب دی الکتریک بدون تغییر در سختی مکانیکی راهکاری موثر برای طراحی حسگرهای پزشکی با ولتاژ کار پایین، حساسیت بالا و پاسخ سریع به شمار می رود.

کلیدواژه ها:

حسگر فشار خازنی ، مدل سازی چندفیزیکی ، ضریب دی الکتریک ، غشای سیلیکونی