Design mems presure sensor1. ﻣﻴﻜﺮوﻣﺎﺷﻨﻴﻜﺎري و رﻳﺰﻓﻨﺎوري اﻟﻤﻠﻠﻲ ﺑﻴﻦ ﻛﻨﻔﺮاﻧﺲ اوﻟﻴﻦICMEMS2014
ﻓﻨﺎوري ﭘﮋوﻫﺸﻜﺪه،اﻣﻴﺮﻛﺒﻴﺮ ﺻﻨﻌﺘﻲ داﻧﺸﮕﺎه ﻧﻮ ﻫﺎي29و30ﺑﻬﻤﻦ1392
ICMEMS2014
دﻳﺎﻓﺮاﮔﻤﻲ ﻧﻮع ﻓﺸﺎر ﺳﻨﺴﻮر ﮔﻴﺮي اﻧﺪازه روش در دﻗﺖ ﺳﺎزي ﺑﻬﻴﻨﻪ
1
ﻓﺘﺤﻲ ﺧﻠﻴﻞ،2
داﻳﻲ ﺣﺴﻴﻦ اﻣﻴﺮﺳﺮﺧﺎﺑﻲ
1
ﻧﺎر ﭘﻠﻲ ﺷﺮﻛﺖ ، ارﺷﺪ ﻛﺎرﺷﻨﺎﺳﻲ داﻧﺸﺠﻮي،kfathi55@gmail.com
2
داﻧﺸﮕﺎه ،ﻳﺎر اﺳﺘﺎدﺗﺒﺮﻳﺰ واﺣﺪ اﺳﻼﻣﻲ آزاد،amirsorkhabi@iaut.ac.ir
ﭼﻜﻴﺪه
اﺑﻌﺎد در ﻓﺸﺎر ﺳﻨﺴﻮر ﮔﻴﺮي اﻧﺪازه در ﺳﺎزي ﺑﻬﻴﻨﻪ ،ﻣﻘﺎﻟﻪ اﻳﻦ از ﻫﺪفMEMSﺑﺎﺷﺪ ﻣﻲ دﻳﺎﻓﺮاﮔﻤﻲ ﺷﻜﻞ ﺑﻪ و.اﻓﺰار ﻧﺮم از ﺳﻨﺴﻮر اﻳﻦ ﺳﺎزي ﺷﺒﻴﻪ ﺑﺮاي
ANSYSاﺳﺖ ﺷﺪه اﺳﺘﻔﺎده.ﭘﺲ ﻣﺨﺘﻠﻒ ﻣﻮاد ﺑﺮاي ﺳﻨﺴﻮر اﻳﻦ رﻓﺘﺎرﺷﺒﻴﻪ ﻫﻢ و ﺗﺌﻮري ﺣﺎﻟﺖ در ﻫﻢ ،آن ﻓﺮم ﺗﻐﻴﻴﺮ و دﻳﺎﻓﺮاﮔﻢ ﻣﺮﻛﺰ ﺑﺮ ﻓﺸﺎر اﻋﻤﺎل ﺑﺎ و ﻃﺮاﺣﻲ از
اﺳﺖ آﻣﺪه ﺑﺪﺳﺖ ﻗﺒﻠﻲ روﺷﻬﺎي ﺑﻪ ﻧﺴﺒﺖ ﺑﻬﻴﻨﻪ اﺑﻌﺎد و ﮔﺮدﻳﺪه ﻣﻘﺎﻳﺴﻪ آﻣﺪه ﺑﻮﺟﻮد ﺗﻨﺸﻬﺎي ﺑﺮاي ﺳﺎزي.ﻓﺮم ﺗﻐﻴﻴﺮ ﺗﺌﻮري اﺳﺎس ﺑﺮ ﻧﻴﺰ آن ﺳﺎزي آﺷﻜﺎر ﺑﺮاي
ﻛﻮﭼﻚ1
ﻧﺸﺎﻧﻲ ﻻﻳﻪ روش از2
ﻣﻘﺎوﻣ ،ﭘﻴﺰو ﺘﻬﺎي3
اﺳﺖ ﺷﺪه ﭘﻴﺸﻨﻬﺎد ﻣﻴﻜﺮوﻣﺎﺷﻴﻨﺮي ﻓﺮآﻳﻨﺪ ﺑﺎ.،دﻳﺎﻓﺮاﮔﻢ اﻧﺤﺮاف آﺷﻜﺎرﺳﺎزي ﺳﻴﺴﺘﻢ دﻗﺖ و رﻳﺎﺿﻲ ﻣﺪل اﺑﺘﺪا در
اﺳﺖ ﮔﺮﻓﺘﻪ ﻗﺮار دﻳﻨﺎﻣﻴﻜﻲ ﺗﺤﻠﻴﻞ ﺗﺠﺰﻳﻪ ﻣﻮرد ،ﻣﺤﺪود اﻟﻤﺎن دﻳﺪ از ﺳﭙﺲ و ﺷﺪه ﻣﺤﺎﺳﺒﻪ.ﺳﻨﺴﻮر ﺑﺮاي ﺷﺪه ﻃﺮاﺣﻲ ﻓﺸﺎر ﻣﺎﻛﺰﻳﻤﻢMPa25ﻣﺤﺪوده از ﻛﻪ ﺑﻮده
ﻓﺸﺎر0ﺗﺎMPa209/11اﻧﺤﺮاف ﺣﺪاﻛﺜﺮ رﻧﺞ اﻳﻦ از ﺑﺎﻻﺗﺮ ﻓﺸﺎرﻫﺎي ﺑﺮاي و ﺧﻄﻲ ًﻼﻛﺎﻣ25/1%ﺑﺎﺷﺪ ﻣﻲ ﻗﺒﻮل ﻗﺎﺑﻞ ﻣﻬﻨﺪﺳﻲ ﻧﻈﺮ از ﻛﻪ دارد ﺧﻄﺎ.
ﻫﺎي واژهﻛﻠﻴﺪي:MEMSﻣﺤﺪود اﻟﻤﺎن آﻧﺎﻟﻴﺰ ،ﻛﻮﭼﻚ ﻓﺮم ﺗﻐﻴﻴﺮ ،ﻓﺸﺎر ﻣﻮﻟﻔﻪ ،،ANSYS،ﻣﺎﺷﻴﻨﺮي ﻣﻴﻜﺮو ،ﭘﻴﺰو ﻣﻘﺎوﻣﺖ
1-ﻣﻘﺪﻣﻪ
ﻳـﻚ ﻃﺮاﺣـﻲ ﻓﺮآﻳﻨﺪ در ﻫﺎ ﭘﺮوﺳﻪ ارزﺷﻤﻨﺪﺗﺮﻳﻦ از ﻳﻜﻲ ﺳﺎزي ﺷﺒﻴﻪ
ﺳﻨﺴﻮرﺑﺎﺷﺪ ﻣﻲ.ﺑـﺮ ﮔﻮﻧﺎﮔﻮن ﺷﻜﻠﻬﺎي ﺑﺎ ﻣﺨﺘﻠﻒ ﺳﻨﺴﻮرﻫﺎي ﺳﺎﺧﺖ در
دﻗﻴـﻖ آﻧﺎﻟﻴﺰﻫـﺎي و ﻣﺤﺎﺳـﺒﺎت ﺑـﻪ ﻧﻴـﺎز آﻧﻬﺎ ﻛﺎر ﻧﻮع و ﺣﺴﺎﺳﻴﺖ اﺳﺎس
ﺑﺎﺷﺪ ﻣﻲ.ﺗﺤﻠﻴـﻞ روش از اﺳﺘﻔﺎده ﻣﺘﺪاول روﺷﻬﺎي از ﻳﻜﻲ ﻛﺎر اﻳﻦ ﺑﺮاي
ﻣﺤﺪود اﻟﻤﺎنﺑﺎﺷﺪ ﻣﻲ.ﻗﺎﺑﻞ ﺗﻨﺶ ﭘﺬﻳﺮش ﻣﺤﺪوده ﺗﻮان ﻣﻲ روش اﻳﻦ ﺑﺎ
آﻧﺎﻟﻴﺰﻫ و ﺗﺤﻤﻞآورد ﺑﺪﺳـﺖ را ﻫﺎ ﭘﺎﺳﺦ از ﻣﺨﺘﻠﻔﻲ ﺎي.ﺣﺎﺿـﺮ ﺣـﺎل در
ﻗﻄﻌﺎتMEMSﻣﺤﺮﻛﻬـﺎي و ﺳﻨﺴـﻮرﻫﺎ ﺑـﺮاي ﻣﻨﺎﺳﺒﻲ ﺑﺴﻴﺎر ﺟﺎﻳﮕﺰﻳﻦ
ﺳـﺎﻳﺮ و ﻧﻈـﺎﻣﻲ ،ﭘﺰﺷﻜﻲ ، دﻗﻴﻖ اﺑﺰار و ﻛﻨﺘﺮل زﻣﻴﻨﻪ در ﺑﺰرگ و ﺣﺠﻴﻢ
اﻧﺪ ﺷﺪه ﻣﺼﺎرف.ﺗﻮﻟﻴﺪ روﻧﺪ روز ﻫﺮ وﺧﺎﻃﺮ ﺑﻪ آﻧﻬﺎ،ﺑﺎﻻ اﻃﻤﻴﻨﺎن ﺿﺮﻳﺐ
اﻣﻜﺎن ،ﻛﻮﭼﻚ اﺑﻌﺎدا ﺗﻮﻟﻴﺪﻧﺒﻮهودر ﺧﻄﺮﻧـﺎك ﻫـﺎي ﻣﺤﻴﻂ در اﺳﺘﻔﺎده
ﺑﺎﺷ ﻣﻲ ﮔﺴﺘﺮش ﺣﺎلﻨﺪ.ادواتﺷﺪه ﺳﺎﺧﺘﻪMEMSﻗﻄﻌـﺎت ﻫﻤﺎﻧﻨـﺪ
،ـﻮرﻫﺎـﺳﻨﺴ ،ـﺎـوﻟﻮﻫ ،ـﺎـﻣﺤﺮﻛﻬ ـﻪـﺟﻤﻠ از ـﺎﻧﻴﻜﻲـﻣﻜ ـﺎـﻳ ـﻲـاﻟﻜﺘﺮﻳﻜ ـﻨﺘﻲـﺳ
ﺑﺎﺷـﻨﺪ ﻣـﻲ ﻣﻴﻜـﺮو اﺑﻌـﺎد در اﻣـﺎ ﻫﺎ دﻧﺪه ﭼﺮخ و اﻧﻌﻜﺎﺳﻲ ﻫﺎي آﻳﻨﻪ.در
اﺧﻴـﺮ ﻫﺎي ﺳﺎلﻫـﺎي اﻟﻤـﺎن،ﻫـﺎ ﺳـﻮﺋﻴﭻ ،ﻧﻮﺳـﺎﻧﮕﺮﻫﺎ ﺟﻤﻠـﻪ از زﻳـﺎدي
ﻫـﺎ ﻣﻘﺎوﻣـﺖ و ﻫـﺎ ﺳـﻠﻒ ،ﻣﺘﻐﻴـﺮ ﻫـﺎي ﺧﺎزنآوري ﻓـﻦ از اﺳـﺘﻔﺎده ﺑـﺎ
MEMSﺗﻮﻟﻴﺪاﻧﺪ ﺷﺪه.ﻣﺤﺮﻛﻬﺎ اﻧﻮاع ﺳﺎﺧﺖ در و،ﻋﻨـﻮان ﺑﻪ ﺳﻨﺴﻮرﻫﺎ
ﻣـﻮرد اﻟﻜﺘﺮﻳﻜـﻲ ﭘﻴﺰو ﻳﺎ و ﻣﻐﻨﺎﻃﻴﺴﻲ ،ﺣﺮارﺗﻲ ،اﻟﻜﺘﺮواﺳﺘﺎﺗﻴﻜﻲ ﻣﺤﺮك
اﻧﺪ ﮔﺮﻓﺘﻪ ﻗﺮار اﺳﺘﻔﺎده.ادو ﺳﺎزي ﻛﻮﭼﻚاﻳﺠـﺎد ﺑﺎﻋﺚ اﻟﻜﺘﺮوﻣﻜﺎﻧﻴﻜﻲ ات
ﻛـﻪ اﺳـﺖ ﺷـﺪه آﻧﻬـﺎ ﻛﻮﭼـﻚ اﺑﻌـﺎد ﺧـﺎﻃﺮ ﺑـﻪ اﻧـﺮژي در ﺟﻮﻳﻲ ﺻﺮﻓﻪ
رﺷ در ﻣﺰﻳﺖ ﺑﺰرﮔﺘﺮﻳﻦﺑﺎﺷﻨﺪ ﻣﻲ ﻗﻄﻌﺎت اﻳﻦ روزاﻓﺰون ﺪ]4,1[.
2-ﺳﺎﺧﺘﺎراوﻟﻴﻪ اﺻﻮل و
ﺳﺎﺧﺘﺎرﻣﻌﻤﻮلﺳﻨﺴﻮررا دﻳـﺎﻓﺮاﮔﻤﻲ ﻓﺸـﺎرﺷـﻜﻞ در)1(ﻣﻼﺣﻈـﻪ
ﻛﻨﻴﺪ ﻣﻲ]5[.ﺻـﻮرت ﺑﻪ دﻳﺎﻓﺮاﮔﻢ ﻧﻮع ﺑﻴﻨﻴﺪ ﻣﻲ ﺷﻜﻞ در ﻛﻪ ﻫﻤﺎﻧﮕﻮﻧﻪ
ﺑـﻪ وارده ﺗـﻨﺶ ﭘﻴـﺰو ﻣﻘﺎوﻣـﺖ ﻋـﺪد ﭼﻬـﺎر از اﺳـﺘﻔﺎده ﺑﺎ و ﺑﻮده ﻣﺮﺑﻌﻲ
ﮔﺮدد ﻣﻲ ﺳﻨﺠﺶ ﻓﺸﺎر از ﻧﺎﺷﻲ دﻳﺎﻓﺮاﮔﻢ.ﺷـﻜﻞ)2(ﺗﻮزﻳـﻊ ﻧﺤـﻮه ﻧﻴـﺰ
ﺗﺎﻳﭗ ﻣﺮﺑﻌﻲ دﻳﺎﻓﺮاﮔﻢ روي ﺑﺮ را ﺗﻨﺶCدﻫﺪ ﻣﻲ ﻧﺸﺎن را.ﻛـﻪ ﻫﻤﺎﻧﮕﻮﻧﻪ
ﺗﻮزﻳﻊ ﻛﻨﻴﺪ ﻣﻲ ﻣﻼﺣﻈﻪﺑﺼـﻮرت و ﻫﺎ ﻟﺒﻪ در دﻳﺎﻓﺮاﮔﻢ ﻧﻮع اﻳﻦ در ﺗﻨﺶ
ﺑﺎﺷﺪ ﻣﻲ ﻋﺮﻳﺾ و ﻧﺎزك.در ﻓﺸـﺎر ﻣﻨﺎﺳـﺐ ﺗﻮزﻳﻊ ﻋﺪم ﺧﺎﻃﺮ ﺑﻪ ﺑﻨﺎﺑﺮاﻳﻦ
ﺧﻄـﻲ ﻛـﺎرﻛﺮد در ﻛـﺎر اﻳـﻦ ﻛﻪ ﻧﺪارﻳﻢ را ﺗﻨﺶ از ﻗﺴﻤﺘﻲ ﺳﻨﺴﻮر ﺳﻄﺢ
ﻛﻨـﺪ ﻣـﻲ وارد ﺧﻠﻞ ﺳﻨﺴﻮر.ﺗﻮزﻳـﻊ ﻫﻤـﻴﻦ ﺧـﺎﻃﺮ ﺑـﻪ ﻧﻴـﺰ ﻃﺮﻓـﻲ از و
ﻣﻲ ﻛﺎﻫﺶ ﻧﻴﺰ را ﺳﻨﺴﻮر ﻣﻔﻴﺪ ﻋﻤﺮ ﻧﺎﻣﻨﺎﺳﺐﻳﺎﺑﺪ.ﻣﻘﺎﻳﺴـﻪ از ﻧﺘﻴﺠـﻪ در
ﻧـﻮع ﻛـﻪ اﺳـﺖ اﻳـﻦ ﺗﻮﺟﻪ ﻗﺎﺑﻞ ﻧﻜﺘﻪ اي داﻳﺮه ﺑﺎ ﻣﺮﺑﻌﻲ دﻳﺎﻓﺮاﮔﻢ ﻧﻮع دو
و دارد ﺧـﻮﺑﻲ ﭘﺎﺳﺦ ﻃﺒﻴﻌﻲ ﻓﺮﻛﺎﻧﺲ ﻟﺤﺎظ از ﻫﻢ ﻃﺮاﺣﻲ ﻣﻮرد اي داﻳﺮه
ﺑﺎﺷـﺪ ﻣـﻲ ﻣﺮﺑﻌـﻲ ﻧـﻮع از ﻣﻔﻴـﺪﺗﺮ دﻳﻨـﺎﻣﻴﻜﻲ ﻛﺎرﺑﺮدﻫﺎي ﻟﺤﺎظ ﺑﻪ ﻫﻢ.
ﺷﻜﻞ در اي داﻳﺮه ﻧﻮع دﻳﺎﻓﺮاﮔﻢ)3(ﺷﺪه داده ﻧﺸﺎناﺳﺖ.ﻛـﻪ ﻫﻤـﺎﻧﻄﻮر
ﻗﺴــﻤﺖ دو از ﺳﻨﺴــﻮر اﻳــﻦ ﺑﻴﻨﻴــﺪ ﻣــﻲ ـﻜﻞـﺷ در:اي ﺷﻴﺸــﻪ ﺣﻠﻘــﻪ
ﺳﻴﻠﻴﻜﺎت ﺑﺮوﻧﻮ6
ﻣﺤـﺎﻓﻆ و ﻋـﺎﻳﻖ ﻋﻨﻮان ﺑﻪ ﺑﺎﻻ ﻣﻘﺎوﻣﺘﻲ ﺧﻮاص دﻟﻴﻞ ﺑﻪ
ﺑـﺎ ﻫﻤـﺮاه ﺳـﻴﻠﻴﻜﻮن ﭘﻠـﻲ ﺗﺮﻛﻴـﺐ از ﻛﻪ ﺳﻨﺴﻮر اﺻﻠﻲ ﺻﻔﺤﻪ و ﺳﻨﺴﻮر
ﺷﻮد ﻣﻲ ﺳﺎﺧﺘﻪ ﭘﻴﺰو ﻣﻘﺎوﻣﺖ اﻟﻤﺎن.و ﺗﻮﺧـﺎﻟﻲ ﺣﻠﻘـﻪ از اﺳـﺘﻔﺎده دﻟﻴﻞ
ﻧـﻮع ﺳﻨﺴـﻮر ﺑﺮاي ﺷﺪه ﮔﻔﺘﻪ ﻫﺎي اﻳﺮاد رﻓﻊ ﻣﻨﻈﻮر ﺑﻪ اي داﻳﺮه ﺳﻨﺴﻮر
ﻛـﺮده ﻫﺪاﻳﺖ ﺳﻨﺴﻮر اﺻﻠﻲ ﺻﻔﺤﻪ ﻣﻴﺎﻧﻪ ﺑﻪ را ﺗﻨﺶ ﻣﺎ ﻛﺎر اﻳﻦ ﺑﺎ ﻣﺮﺑﻌﻲ
اﻳﻢ.اﺳﺖ ﻣﺸﺨﺺ ًﻼﻛﺎﻣ ﻓﻮق ﺷﻜﻞ در اﻣﺮ اﻳﻦ]6[.
2. ﻣﻴﻜﺮوﻣﺎﺷﻨﻴﻜﺎري و رﻳﺰﻓﻨﺎوري اﻟﻤﻠﻠﻲ ﺑﻴﻦ ﻛﻨﻔﺮاﻧﺲ اوﻟﻴﻦICMEMS2014
ﻓﻨﺎوري ﭘﮋوﻫﺸﻜﺪه،اﻣﻴﺮﻛﺒﻴﺮ ﺻﻨﻌﺘﻲ داﻧﺸﮕﺎه ﻧﻮ ﻫﺎي29و30ﺑﻬﻤﻦ1392
ﺷﻜﻞ1:ﺳﻨﺴﻮردﻳﺎﻓﺮاﮔﻤﻲﻧﻮعﻣﻌﻤﻮلﻣﺮﺑﻌﻲ
ﺷﻜﻞ2:ﺷﻤﺎﺗﻴﻚﺳﻨﺴﻮردﻳﺎﻓﺮاﮔﻤﻲﻧﻮعc
3-ﺳﺎزي ﻣﺪل
3-1ﻣﻜﺎﻧﻴﻜﻲ ﺳﺎزي ﻣﺪل
ﺷﻜﻞ ﺑﻪ ﺗﻮﺟﻪ ﺑﺎ)3(ﺑـﻪ ﺗﻮﺟـﻪ ﺑﺎ را ﺳﻨﺴﻮر دﻳﺎﻓﺮاﮔﻢ ﺑﺮاي ﻣﻮﺛﺮ ﻗﻄﺮ
ﺑﺎ ﺑﺮاﺑﺮ ﺳﺎزي ﺷﺒﻴﻪ ﻧﺘﺎﻳﺞd=2Rﮔﻴﺮﻳﻢ ﻣﻲ ﻧﻈﺮ در.ﺻﻔﺤﻪ اﻳﻦ ﺿﺨﺎﻣﺖ
ﺑﺎ ﻧﻴﺰ راhpاﻳﻢ داده ﻧﺸﺎن.ﺷﻜﻞ)4(ﺳـﻄﺢ ﺗﺌـﻮري ﻣﺪل دﻫﻨﺪه ﻧﺸﺎن
ﺑﺎﺷﺪ ﻣﻲ ﻓﺸﺎر ﻣﻮﺛﺮ.را ﻣﺮﻛـﺰ از اﻧﺤـﺮاف ﻣﻴـﺰان دﻫﻨـﺪه ﻧﺸﺎن ﻣﺪل اﻳﻦ
ﺷـﻮد اﻧﺠـﺎم ﻻزم رﻳﺎﺿـﻲ ﻣﺤﺎﺳـﺒﺎت آن ﻃﺒـﻖ ﺗﺎ دﻫﺪ ﻣﻲ ﻧﺸﺎن.ﻓﺸـﺎر
ﻳﻜﻨﻮاﺧﺖPاداﻣـﻪ در ﻛﻪ ﺷﺪه اﻋﻤﺎل ﻣﻮﺛﺮ ﺳﻄﺢ روي ﺑﺮ ﻣﺴﺎوي ﻃﻮر ﺑﻪ
ﻣﺠﺎ ﻓﺸﺎر ﺣﺪاﻛﺜﺮ و ﺣﺪاﻗﻞ ﺑﺮاياﺳـﺖ ﮔﺮﻓﺘـﻪ ﺻـﻮرت ﻻزم ﻣﺤﺎﺳﺒﺎت ز.
و ﻟﺒـﻪ ﻣﺤـﻞ ﻣـﺮزي ﺷـﺮاﻳﻂ ﺟﻤﻠـﻪ از ﻓﺎﻛﺘﻮر ﺗﻌﺪادي ﺑﻪ دﻳﺎﻓﺮاﮔﻢ رﻓﺘﺎر
دارد ﺑﺴﺘﮕﻲ ﺻﻔﺤﻪ ﺿﺨﺎﻣﺖ ﺑﻪ ﻣﺮﻛﺰ از اﻧﺤﺮاف ﻧﺴﺒﺖ.ﻳﻌﻨﻲ اول ﻗﺴﻤﺖ
ﺳـﺎﺧﺖ ﻣﺮﺣﻠـﻪ در ﻫﻨﺪﺳـﻲ ﺳـﺎﺧﺘﺎر ﻧﻮع ﺑﻪ دﻳﺎﻓﺮاﮔﻢ ﻟﺒﻪ ﻣﺮزي ﺷﺮاﻳﻂ
ﺑـﻪ دﻳـﺎﻓﺮاﮔﻢ ﻟﺒـﻪ ﻗﻔﻞ ﺳﺨﺘﻲ ﻣﻴﺰان ﻳﻌﻨﻲ دارد ﺑﺴﺘﮕﻲﺑﺮوﻧﻮﺳـﻴﻠﻴﻜﺎت
ﺑﺎﺷﺪ ﻣﻲ ﭼﻘﺪر.ﺑـﻪ ﺑﺴـﺘﮕﻲ اﻧﺤـﺮاف ﺑـﻪ ﻧﺴﺒﺖ ﻓﺸﺎر ﻫﺎ ﻳﺎﻓﺘﻪ اﺳﺎس ﺑﺮ
ﻣﻘـﺪار اﻳـﻦ اﮔﺮ ﻛﻪ دارد ﺻﻔﺤﻪ ﺿﺨﺎﻣﺖ ﺑﻪ ﻧﺴﺒﺖ ﻛﻮﭼﻚ اﻧﺤﺮاف ﻣﻴﺰان
از ﻛﻤﺘﺮ10%ﻛﺮد ﺧﻮاﻫﺪ ﻛﺎر ﺧﻄﻲ ﻧﺎﺣﻴﻪ در ﺳﻨﺴﻮر ﺑﺎﺷﺪ.ﺑـﺎ ﻃﺮﻓـﻲ از
ﻓﺸﺎر اﻧﺪازه از ﺑﻴﺶ اﻓﺰاﻳﺶPﺧﻮاﻫﺪ ﻛﻤﺘﺮ دﻳﺎﻓﺮاﮔﻢ اﻧﺤﺮاف ﻣﻘﺪارﺷـﺪ
آورد ﺧﻮاﻫﺪ ﺑﻮﺟﻮد را ﺧﻄﻲ ﻏﻴﺮ راﺑﻄﻪ ﻳﻚ ﻧﻴﺰ اﻳﻦ و]4,1[.
ﺷﻜﻞ3:ﺳﻨﺴﻮردﻳﺎﻓﺮاﮔﻤﻲﻣﻮﺛﺮ ﺳﻄﺢ ﺑﺎ
ﺷﻜﻞ4:د اﻧﺤﺮافﻳﻓﺸﺎر اﻋﻤﺎل اﺛﺮ ﺑﺮ ﺎﻓﺮاﮔﻢﻳﻜﻨﻮاﺧﺖ
ﺷﻜﻞ ﺑﻪ ﺗﻮﺟﻪ ﺑﺎw(r)اﺛـﺮ ﺑـﺮ دﻳـﺎﻓﺮاﮔﻢ ﻣﺮﻛـﺰ از اﻧﺤـﺮاف دﻫﻨﺪه ﻧﺸﺎن
ﺷﻌﺎﻋﻲ ﻣﺤﻮر ﺑﻪ ﻧﺴﺒﺖ ﻓﺸﺎر اﻋﻤﺎلrﺑﺎﺷﺪ ﻣﻲ.ﺑـﺮ اﻧﺤـﺮاف اﻳـﻦ ﻣﻘـﺪار
ﻣﻮﺟﻮد ﻛﺮﻧﺸﻬﺎي و ﺗﻨﺸﻬﺎ ﺑﺮرﺳﻲ و ﻛﻮﭼﻚ اﻧﺤﺮاف ﺗﺌﻮري ﺗﺤﻠﻴﻞ اﺳﺎس
اﺛﺒﺎت آن ﮔﺸﺘﺎورﻫﺎي از اﺳﺘﻔﺎده ﺑﺎ دﻳﺎﻓﺮاﮔﻢ ﺗﻌﺎدل ﻣﻌﺎدﻻت ﻛﺮدن ﭘﻴﺪا و
زﻳﺮ راﺑﻄﻪ ﻣﺨﺘﻠﻒ ﻧﻘﺎط در دﻳﺎﻓﺮاﮔﻢ اﻧﺤﺮاف ﻣﻴﺰان ﺑﺮاي ﻧﻬﺎﻳﺖ در و ﺷﺪه
آﻳﺪ ﻣﻲ ﺑﺪﺳﺖ:
)1(
2
2 2 23(1 )
( ) ( )
16 p
P
w r R r
h
µ−
= −
Ε
راﺑﻄﻪ اﻳﻦ درЕو ﻳﺎﻧﮓ ﻣﺪول ﻣﻌﺮفµﻛـﻪ ﺑﺎﺷـﺪ ﻣـﻲ ﭘﻮاﺳـﻮن ﺿـﺮﻳﺐ
ﺑﺎﺷﻨﺪ ﻣﻲ دﻳﺎﻓﺮاﮔﻢ ﻣﻮاد ﻣﻜﺎﻧﻴﻜﻲ ﺧﻮاص دﻫﻨﺪه ﻧﺸﺎن.ﻛﺮدن ﭘﻴﺪا ﺟﻬﺖ
ازاي ﺑﻪ اﺳﺖ ﻛﺎﻓﻲ دﻳﺎﻓﺮاﮔﻢ اﻧﺤﺮاف ﻣﺎﻛﺰﻳﻤﻢr=0ﭼـﻮن ﺷـﻮد داده ﻗﺮار
ﺷﻮد ﻣﻲ ﺣﺎدث ﺻﻔﺤﻪ ﻣﺮﻛﺰ در اﻧﺤﺮاف اﻳﻦ.
)2(
( )
3
2 4
16
3 1
h
P w
Rµ
Ε
≤
−
Wr
1
2
((1 )(3 ))R µ µ+ +
اي ﺷﻴﺸﻪ ﺣﻠﻘﻪ
ﺑﺮوﻧﻮﺳﻴﻠﻜﺎت
اﻟﻤﺎن
ﭘﻴﺰو ﻣﻘﺎوﻣﺖ
ﻓﺸﺎر ﻣﻮﺛﺮ ﺳﻄﺢ
d
R
r
hp
P
ر
3. ﻣﻴﻜﺮوﻣﺎﺷﻨﻴﻜﺎري و رﻳﺰﻓﻨﺎوري اﻟﻤﻠﻠﻲ ﺑﻴﻦ ﻛﻨﻔﺮاﻧﺲ اوﻟﻴﻦICMEMS2014
ﻓﻨﺎوري ﭘﮋوﻫﺸﻜﺪه،اﻣﻴﺮﻛﺒﻴﺮ ﺻﻨﻌﺘﻲ داﻧﺸﮕﺎه ﻧﻮ ﻫﺎي29و30ﺑﻬﻤﻦ1392
3-2ﻓﺸﺎر آﺷﻜﺎرﺳﺎزي
در ﮔﺮﻓﺘـﻪ ﺻـﻮرت ﺳـﺎزي ﺷـﺒﻴﻪ و ﻣﺤﺎﺳـﺒﺎت ﺑﻪ ﺗﻮﺟﻪ ﺑﺎANSYS
ﺷـﻌﺎﻋﻲ ﺗـﻨﺶ ﺑـﻪ ﻣﺮﺑـﻮط ،ﺗﻨﺸﻬﺎ ﺑﻴﺸﺘﺮﻳﻦrσﻣﻤﺎﺳـﻲ ﺗـﻨﺶ وtσ
ﺑﺎﺷﻨﺪ ﻣﻲ.اﺗﺼـﺎل ﻣﺤﻞ ﻣﺮزي ﻧﺎﺣﻴﻪ در ﻣﺎﻛﺰﻳﻤﻢ ﺗﻨﺸﻬﺎي اﻳﻦ وﺻـﻔﺤﻪ
دارﻧـﺪ وﺟـﻮد ﺑﺮوﻧﻮﺳـﻴﻠﻴﻜﺎت ﻣﺤﺎﻓﻆ ﺻﻔﺤﻪ ﺑﺎ ﺳﻨﺴﻮر.ﺟﻬـﺖ ﺑﻨـﺎﺑﺮاﻳﻦ
ﺻـﻔﺤﻪ ﻗﻄـﺮي ﻧﻘﻄـﻪ ﭼﻬـﺎر در را ﭘﻴـﺰو ﻣﻘﺎوﻣﺘﻬـﺎي ﻓﺸﺎر ﺳﺎزي آﺷﻜﺎر
آراﻳـﺶ ﺻـﻮرت ﺑﻪ را آﻧﻬﺎ ﺑﻴﺮون در و داده ﻗﺮار ﻣﺬﻛﻮر ﻣﺤﻞ در دﻳﺎﻓﺮاﮔﻢ
وﺗﺴﺘﻮن ﭘﻞ7
ﺷﻜﻞ در ﻛﻪ)5(ﺑﻨـﺪﻳﻢ ﻣـﻲ ﺷـﺪه داده ﻧﻤـﺎﻳﺶ.ﺑﻨـﺎﺑﺮاﻳﻦ
ﺑﻴﻦ راﺑﻄﻪﺗﻐﻴﻴـﺮات ﻣﻴﺰان و ﻗﻄﺒﻲ ﻣﺨﺘﺼﺎت در ﺷﺪه ﻣﺤﺎﺳﺒﻪ ﺗﻨﺸﻬﺎي
آورﻳﻢ ﻣﻲ ﺑﺪﺳﺖ را وﺗﺴﺘﻮن ﭘﻞ ﺧﺮوﺟﻲ و ﻣﺤﺎﺳﺒﻪ ﻣﻘﺎوﻣﺖ.اﻳـﻦ ﺟﻬﺖ
در ﭘـﻞ ﻛـﻪ داﻧـﻴﻢ ﻣﻲ ﻓﺸﺎر اﻋﻤﺎل از ﻗﺒﻞ ﭘﻞ ﻧﻤﻮدن ﻛﺎﻟﻴﺒﺮه ﺑﺮاي و اﻣﺮ
وﺗﺴـﺘﻮن ﭘـﻞ از ﺣﺎﺻـﻞ اﻫﻤـﻲ ﺗﻐﻴﻴﺮات ﺑﺮآﻳﻨﺪ و ﺑﺎﺷﺪ ﻣﻲ ﺗﻌﺎدل ﺣﺎﻟﺖ
ﺑﺎﺷﺪ ﻣﻲ ﺻﻔﺮ ﺑﺮاﺑﺮ.ﻣﻘـ ﺳﭙﺲﺗﻐﻴﻴـﺮات ﺑﺮﺣﺴـﺐ را اﻋﻤـﺎﻟﻲ ﻓﺸـﺎر ﺎدﻳﺮ
دﻫﻴﻢ ﻣﻲ ﻧﺴﺒﺖ ﻓﻮق ﻓﺸﺎر ﺑﻪ را ﺗﻌﺎدل ﺣﺎﻟﺖ از ﭘﻞ اﻧﺤﺮاف.ﺗﺮﺗﻴﺐ ﺑﺪﻳﻦ
اﻟﻜﺘﺮﻳﻜﻲ ﺻﻮرت ﺑﻪ را دﻳﺎﻓﺮاﮔﻢ ﺑﻪ وارده ﻣﻜﺎﻧﻴﻜﻲ ﻓﺸﺎر ﺑﻮد ﺧﻮاﻫﻴﻢ ﻗﺎدر
ﻛﻨﻴﻢ ﻣﻲ آﺷﻜﺎر.ﺷﻌﺎﻋﻲ ﺗﻨﺶ ﺑﺮايrσﺗﻐﻴﻴـﺮات از ﻧﺎﺷـﻲrاﻧﺤـﺮاف
ﺑﻪ ﻧﺴﺒﺖدارﻳﻢ را زﻳﺮ راﺑﻄﻪ دﻳﺎﻓﺮاﮔﻢ ﻣﺮﻛﺰ:
)2(( ) ( )
2 2
2 2
3
3 1
8
r
Pa r
h a
σ ν ν
= ± + − −
در ﺗﻨﺶ ﻣﺎﻛﺰﻳﻤﻢ ﺑﺮايr=0دارﻳﻢ:
)3(( )max
2
2
3
1
4
r
Pa
h
σ ν= ± +
ﺷﻜﻞ ﺑﻪ ﺗﻮﺟﻪ ﺑﺎ ﻫﻤﭽﻨﻴﻦ و)4(ﻛـﻪ ﺷـﻮد ﻣﻲ ﺻﻔﺮ ﺷﻌﺎﻋﻲ ﺗﻨﺶ زﻣﺎﻧﻲ
ﺑﺮايrﺑﺎﺷﻴﻢ داﺷﺘﻪ:
)4(1
2((1 )(3 ))r R µ µ= + +
ﻣﻤﺎﺳﻲ ﺗﻨﺸﻬﺎي ﺑﺮاي ﺗﺮﺗﻴﺐ ﻫﻤﻴﻦ ﺑﻪtσداﺷﺖ ﺧﻮاﻫﻴﻢ ﻧﻴﺰ:
)5(( ) ( )
2 2
2 2
3
3 1 1
8
t
Pa r
h a
σ ν ν
= ± + − +
در ﺗﻨﺶ اﻳﻦ ﻣﺎﻛﺰﻳﻤﻢ ﺑﺮاي وr=0دارﻳﻢ:
)6(( )max
2
2
3
1
4
t
Pa
h
σ ν= ± +
ﺷﻜﻞ5:ﻓﺸﺎر ﺳﺎزي آﺷﻜﺎر ﺟﻬﺖ وﺗﺴﺘﻮن ﭘﻞ
ﻓﺸﺎر ﺳﻨﺴﻮر داﺧﻞ در ﭘﻴﺰو ﻣﻘﺎوﻣﺘﻬﺎي ﮔﺬاري ﻻﻳﻪ ﺑﺎ دﻳﺎﻓﺮاﮔﻤﻲ ﺳﻨﺴﻮر
MEMSﺑﺎﺷﺪ ﻣﻲ ﺳﺎﺧﺖ ﻗﺎﺑﻞ ﺳﻴﻠﻴﻜﻮﻧﻲ ﻣﺎﺷﻴﻨﺮي ﻣﻴﻜﺮو روش ﺑﺎ.اﻳﻦ
ﻛـﻪ ﻣﺤﻠـﻲ در و ﺳـﻴﻠﻴﻜﻮﻧﻲ دﻳـﺎﻓﺮاﮔﻢ روي داﭘﻴﻨـﮓ ﻋﻤـﻞ ﺗﻮﺳـﻂ ﻛﺎر
ﺑﻴﺸﺘﺮﺷﻮد ﻣﻲ اﻳﺠﺎد اﻳﻢ آورده ﺑﺪﺳﺖ را ﺗﻨﺶ ﻳﻦ.ﻗـﺮار ﭘﻴﺰو ﻣﻘﺎوﻣﺘﻬﺎي
ﺷﻜﻞ ﺑﻪ ﺗﻮﺟﻪ ﺑﺎ ﺳﻨﺴﻮر در ﺷﺪه داده)5(ﺷـﻮد ﻣـﻲ ﺑﺴﺘﻪ ﭘﻞ ﺣﺎﻟﺖ ﺑﻪ.
ﺗـﺎ ﺑﺎﺷﺪ ﻣﻲ ﺛﺎﺑﺖ ﺟﺮﻳﺎن ﻣﻨﺒﻊ ﻳﻚ ﭘﻞ اﻳﻦ ﺗﻐﺬﻳﻪ ﻣﻨﺒﻊ ﺷﻜﻞ ﺑﻪ ﺗﻮﺟﻪ ﺑﺎ
ﺑﺎﺷـﺪ داﺷـﺘﻪ ﻛﻤﺘـﺮي ﺗـﺎﺛﻴﺮ ﺳﻨﺴﻮر ﻛﺎرﻛﺮد روي ﻣﺤﻴﻄﻲ ﺗﻐﻴﻴﺮات.ﺑـﻪ
ﺟﻬﺖ ﺗﺮﺗﻴﺐ ﻫﻤﻴﻦﺗﻐﻴﻴـﺮات ﺑـﻪ ﺗﻮﺟـﻪ ﺑـﺎ ﺳﻨﺴـﻮر ﺣﺴﺎﺳﻴﺖ ﻣﺤﺎﺳﺒﻪ
ﭘﻴـﺰو ﻣﻘﺎوت ﺑﻪ ﻧﺴﺒﺖ ﭘﻞ ﻣﻘﺎوﻣﺖ( )R
R
∆ﻣﻘـﺎوﻣﺘﻲ ﺗﻐﻴﻴـﺮات ﻧـﻮع دو
از اﻧﺪ ﻋﺒﺎرت ﻛﻪ داﺷﺖ ﺧﻮاﻫﻴﻢ:
ﻣﻤﺎﺳﻲ ﻫﺎي ﻣﻘﺎوﻣﺖ ﺗﻐﻴﻴﺮات
)7(t t r r
t
R
R
π σ π σ
∆
= +
ﺷﻌﺎﻋﻲ ﻫﺎي ﻣﻘﺎوﻣﺖ ﺗﻐﻴﻴﺮات
)8(t r r t
r
R
R
π σ π σ
∆
= +
اﻳﻨﺠﺎ درtπوrπﺑﺎﺷﻨﺪ ﻣﻲ ﮔﺬار ﺗﺎﺛﻴﺮ ﻋﺮﺿﻲ و ﻃﻮﻟﻲ ﺿﺮاﻳﺐ ﺗﺮﺗﻴﺐ ﺑﻪ.
اﺳـﺖ ﻣﺤﺎﺳـﺒﻪ ﻗﺎﺑـﻞ و داﺷﺘﻪ ﺑﺴﺘﮕﻲ وﺗﺴﺘﻮن ﭘﻞ ﺧﻮاص ﺑﻪ ﻛﻪ.ﺟﻬـﺖ
دارﻳﻢ ﭘﻞ ﻣﻘﺎوﻣﺖ ﺗﻐﻴﻴﺮات ﺑﺎ ﭘﻞ از ﺧﺮوﺟﻲ وﻟﺘﺎژ راﺑﻄﻪ آوردن ﺑﺪﺳﺖ:
)8(1 3 2 4
1 2 3 4
o in
R R R R
V I
R R R R
−
= ⋅
+ + +
ﻣﻌﺎدﻟﻪ اﻳﻦ درIinو ﭘﻞ ﺑﻪ ورودي ﺛﺎﺑﺖ ﺟﺮﻳﺎنVoﺧﺮوﺟﻲ ﺗﻔﺎﺿﻠﻲ وﻟﺘﺎژ
ﺑﺎﺷﺪ ﻣﻲ ﭘﻞ.ﺷـﻮد ﻣـﻲ اﻋﻤـﺎل ﺳﻨﺴـﻮر ﺑـﺮ ﻓﺸـﺎر ﻛـﻪ وﻗﺘﻲR1وR3
ﺧﺮوﺟــﻲ در وﻟﺘــﺎژ اﻓــﺰاﻳﺶ ﺑﺎﻋــﺚ و ﺷــﺪ ﺧﻮاﻫــﺪ ﻣﺜﺒــﺖ ﻣﻘﺪارﺷــﺎن
ﺷﻮﻧﺪ ﻣﻲ.ﭘﻞ دﻳﮕﺮ ﻃﺮف درR2وR4و ﺷـﺪ ﺧﻮاﻫـﺪ ﻣﻨﻔـﻲ ﻣﻘﺪارﺷـﺎن
ﺷﻮﻧﺪ ﻣﻲ ﺧﺮوﺟﻲ در وﻟﺘﺎژ ﻛﺎﻫﺶ ﺑﺎﻋﺚ]9,4[.
4-ﻣﻮدال آﻧﺎﻟﻴﺰ و ﻣﻜﺎﻧﻴﻜﻲ ﺳﺎزي ﻣﺪل
ﺑـﺎ ﻣﺤﺎﺳـﺒﻪ ﻣـﻮرد ﻓﺸﺎر رﻧﺞ ﺑﺮاي دﻳﺎﻓﺮاﮔﻢ ﺻﻔﺤﻪ ﺳﺎزي ﻣﺪل ﺟﻬﺖ
اﻓﺰار ﻧﺮم از اﺳﺘﻔﺎدهANSYSﺳﻨﺴـﻮر اﻳﻦ ﺑﺮاي را ﻣﺤﺪود اﻟﻤﺎن آﻧﺎﻟﻴﺰ ،
دادﻳﻢ اﻧﺠﺎم.اﻟﻤﺎن از ﻛﺎر اﻳﻦ ﺑﺮايSOLID95دﻗـﺖ ﺑـﺎ اﻟﻤـﺎن ﻳـﻚ ﻛﻪ
داراي و اﺳـﺖ ﺑﻌـﺪي ﺳـﻪ ﺑﺎﻻي20NODEﺑـﺎ3ﻫـﺮ در آزادي درﺟـﻪ
NODEاﻳــﻢ ﻧﻤــﻮده اﺳــﺘﻔﺎده ﺑﺎﺷــﺪ ﻣــﻲ.ﺧــﻮاص داراي اﻟﻤــﺎن اﻳــﻦ
ﭘﻼﺳﺘﻴﺴﻴﺘﻪ8
ﺧﺰش ،9
ﺻﻠﺐ ﺗﻨﺶ ،10
زﻳـﺎد ﺧﻤـﺶ ﺗﺤﻤـﻞ ،11
ﺗﺤﻤـﻞ و
ﺑﺎﻻ ﻛﺮﻧﺸﻬﺎي12
ﺑﺎﺷﺪ ﻣﻲ دارا را.اوﻟﻴﻪ ﺷﻜﻞ ﺗﻐﻴﻴﺮ ﻋﺪم ﻗﺎﺑﻠﻴﺖ ﻫﻤﭽﻨﻴﻦ
دارد را ﻧﺎﻣﻨﻈﻢ ﻓﺮﻣﻬﺎي ﺗﻐﻴﻴﺮ ﻧﺘﻴﺠﻪ در دﻗﺖ ﻛﺎﻫﺶ و.ﻧﺘ درﺑـﺮاي ﻴﺠـﻪ
اﻋﻤـﺎل اﺛـﺮ در ﺳﺎزي ﻣﺪل ﺑﺮاي ﻣﻨﺎﺳﺐ و ﺑﻮده ﺳﺎزﮔﺎر ًﻼﻛﺎﻣ ﺷﻜﻞ ﺗﻐﻴﻴﺮ
ﺑﺎﺷﺪ ﻣﻲ دارا را ﻣﺮزي اﻧﺤﻨﺎﻫﺎي.ﻫﻤﭽﻨـﻴﻦ و دﻳـﺎﻓﺮاﮔﻢ ﺿـﺨﺎﻣﺖ و ﻗﻄﺮ
ﭘﺎﺳﺦ ،ﻛﺎرﻛﺮد ،رﻧﺞ در ﻣﺴﺘﻘﻴﻤﻲ ﺗﺎﺛﻴﺮ ﭘﻴﺰو ﻫﺎي ﻣﻘﺎوﻣﺖ ﺟﺎﮔﺬاري ﻧﺤﻮه
دارد را ـﻮرـﺳﻨﺴ ـﻲـﺧﻄ ـﻪـﻧﺎﺣﻴ و ـﻴﺖـﺣﺴﺎﺳ ،ـﻲـﻓﺮﻛﺎﻧﺴ.ـﺎزيـﺳ ـﺒﻴﻪـﺷ
1R R− ∆
4R R−∆ 3R R−∆
2R R− ∆
outV
ﺛﺎﺑﺖ ﺟﺮﻳﺎن ﻣﻨﺒﻊ
4. ﻣﻴﻜﺮوﻣﺎﺷﻨﻴﻜﺎري و رﻳﺰﻓﻨﺎوري اﻟﻤﻠﻠﻲ ﺑﻴﻦ ﻛﻨﻔﺮاﻧﺲ اوﻟﻴﻦICMEMS2014
ﻓﻨﺎوري ﭘﮋوﻫﺸﻜﺪه،اﻣﻴﺮﻛﺒﻴﺮ ﺻﻨﻌﺘﻲ داﻧﺸﮕﺎه ﻧﻮ ﻫﺎي29و30ﺑﻬﻤﻦ1392
دﻳﺎﻓﺮﺑﺮوﻧـﻮ ﻣﺤـﺎﻓﻆ ﻫﺎي ﻻﻳﻪ ﺑﺮاي ﻃﺮاﺣﻲ ﻣﺨﺘﻠﻒ ﻫﺎي ﺷﻜﻞ ﺑﺮاي اﮔﻢ
در ﺳﻴﻠﻴﻜﻮن ﭘﻠﻲ ﻫﺎي ﻻﻳﻪ و ﺳﻴﻠﻴﻜﺎتANSYSاﺳـﺖ ﮔﺮﻓﺘﻪ اﻧﺠﺎم.در
اﻟﻤـﺎن ﺳـﺎزي ﻣﺪل ﻣﺨﺘﻠﻒ ﻫﺎي ﺿﺨﺎﻣﺖ و ﻗﻄﺮﻫﺎ ﺑﺮاي ﺳﺎزي ﺷﺒﻴﻪ اﻳﻦ
ﺧﻄـﻲ ﻛـﺎرﻛﺮد ﻟﺤـﺎظ از ﺣﺎﻟـﺖ ﺗـﺮﻳﻦ ﺑﻬﻴﻨـﻪ ﺗـﺎ اﻳﻢ داده اﻧﺠﺎم ﻣﺤﺪود
آورﻳﻢ ﺑﺪﺳﺖ را ﺳﻨﺴﻮر.و ﺗﺌـﻮري ﻣﺤﺎﺳـﺒﺎت ﺑـﻪ ﺗﻮﺟـﻪ ﺑﺎ ﻣﻨﻈﻮر ﺑﺪﻳﻦ
ﺷﻜﻞ در ﻛﻪ ﺳﺎزي ﺷﺒﻴﻪ از اﺳﺘﺨﺮاﺟﻲ ﻣﻨﺤﻨﻲ)14(،ﻛﻨﻴﺪ ﻣﻲ ﻣﻼﺣﻈﻪ
ﺗـﺎ ﮔﺮﻓﺘﻪ ﻧﻈﺮ در ﻫﺎي ﺗﻘﺮﻳﺐ ﺑﻪ ﺗﻮﺟﻪ ﺑﺎ ﻣﺤﺎﺳﺒﺎت اﻳﻦ ﻛﻪ ﮔﻔﺖ ﺑﺎﻳﺴﺘﻲ
ﻓﺸﺎرMPa209/11ﻓﺸـﺎرﻫﺎي ﺑـﺮاي و ﻛـﺮده ﻋﻤـﻞ ﺧﻄـﻲ ﺻـﻮرت ﺑﻪ
ﺗﻘﺮﻳﺐ ﺑﺎ آن از ﺑﺰرﮔﺘﺮ25/1%ﺣﺎﻟﺖ از اﻧﺤﺮافﻛـﻪ آﻣـﺪه ﺑﺪﺳﺖ ﺧﻄﻲ
ﻓﺸﺎر ﺗﺎMPa25ﺑﺎﺷـﺪ ﻣـﻲ ﻗﺒﻮل ﻗﺎﺑﻞ ﻛﺎﻟﻴﺒﺮاﺳﻴﻮن و ﻣﻬﻨﺪﺳﻲ ﻧﻈﺮ از.
ﻛـﻪ ﺑﺎﺷﺪ ﻣﻲ ﻣﺘﻐﻴﺮ ﻣﺨﺘﻠﻒ ﻫﺎي ﺿﺨﺎﻣﺖ و ﻗﻄﺮﻫﺎ ﺑﺮاي ﻣﻘﺪار اﻳﻦ اﻟﺒﺘﻪ
ﻗﻄـﺮ ﺑﺮاي ﺣﺎﻟﺖ ﺑﻬﺘﺮﻳﻦ2R=4mmﺿـﺨﺎﻣﺖ وh=0.4mmﺑﺪﺳـﺖ
ـﺖـاﺳ ـﺪهـآﻣ.ـﻜﻞـﺷ)6(ـﺎﻓﺮاﮔﻢـدﻳ ـﺪودـﻣﺤ ـﺎنـاﻟﻤ ـﺪلـﻣ ـﺪهـدﻫﻨ ـﺎنـﻧﺸ
ﻣﻲﺑﺎﺷﺪ.ﻣﺤﻮر راﺳﺘﺎي در دﻳﺎﻓﺮاﮔﻢ ﻣﺮﻛﺰ از اﻧﺤﺮافZﻇﺎﻫﺮ زﻣﺎﻧﻲ ﻓﻘﻂ
ﻓﺸﺎر ﺑﻪ ﻛﻪ ﺷﻮد ﻣﻲP=25MPaﺷـﻜﻞ در ﻣﻮﺿـﻮع اﻳـﻦ ﻛﻪ ﺑﺮﺳﻴﻢ)7(
اﺳﺖ ﻣﺸﺨﺺ.در ﻧﻴﺰ را دﻳﺎﻓﺮاﮔﻢ ﻃﻮل ﺑﻪ ﻧﺴﺒﺖ ﻣﺮﻛﺰ از اﻧﺤﺮاف ﻣﻨﺤﻨﻲ
ﺷﻜﻞ ﻣﻨﺤﻨﻲ)10(اﺳـﺖ ﺷـﺪه داده ﻧﺸﺎن.ﺷـﻜﻞ از)7(ﺷـﻜﻞ و)11(
اﻧﺤﺮاف ﻣﻴﺰان اﻧﺪازهﺑﺮاﺑﺮ ﻣﺮﻛﺰ ازw=7.82µmاﺳﺖ آﻣﺪه ﺑﺪﺳﺖ.ﺷﻜﻞ
ﻫﺎي)8(اﻧﺘﺨـﺎﺑﻲ ﺣﺮﻛﺖ ﻣﺴﻴﺮ ﺑﻪ ﻧﺴﺒﺖ ﺷﻌﺎﻋﻲ ﺗﻨﺶ دﻫﻨﺪه ﻧﺸﺎن ﻧﻴﺰ
ﻣﺤﻮر راﺳﺘﺎي درXدﻫﺪ ﻣﻲ ﻧﺸﺎن را دﻳﺎﻓﺮاﮔﻢ ﻗﻄﺮ روي ﺑﺮ.ﺑـﻪ ﺗﻮﺟـﻪ ﺑﺎ
ﻻﻳﻪ اﺗﺼﺎل ﺑﺎ ﻣﺮزي ﻣﺤﻞ در ﻣﺎﻛﺰﻳﻤﻢ ﻛﺮﻧﺶ و ﺗﻨﺶ ﻣﻴﺰان ﺳﺎزي ﺷﺒﻴﻪ
ﺑﺮوﻧﻮﺳﻴﻠﻴ ﻋﺎﻳﻖ ﺑﺎ ﺳﻴﻠﻴﻜﻮن ﭘﻠﻲﺑﺎﺷـﺪ ﻣـﻲ دﻳﺎﻓﺮاﮔﻢ ﻜﺎت.ﺗـﻨﺶ ﻣﻘـﺪار
از ﻧﻴـﺰ ﺧـﻮد ﻣﻘـﺪار ﺣـﺪاﻛﺜﺮﻳﻦ ﺗﺎ ﻣﺮﻛﺰ از آﻣﺪه ﺑﺪﺳﺖMPa316-ﺗـﺎ
MPa485ﺑﺎﺷﺪ ﻣﻲ.از ﻛﺮﻧﺶ ﺑﺮاي ﻣﻘﺪار اﻳﻦ001554/0ﺗﺎ00189/0
ﺑﺎﺷﺪ ﻣﻲ ﻣﺘﻐﻴﺮ.ﺷﻜﻞ ﻣﻨﺤﻨﻲ)10(ﺗـﻨﺶ اﺧـﺘﻼف دﻫﻨـﺪه ﻧﺸﺎنX-Y
دﻫﺪ ﻣﻲ ﻧﺸﺎن.ﺗـ اﻳـﻦ ﻣـﺎﻛﺰﻳﻤﻢ ﻛﻨﻴـﺪ ﻣـﻲ ﻣﻼﺣﻈـﻪ ﭼﻨﺎﻧﭽﻪ ودر ﻨﺶ
ﻓﺸﺎر در ﺷﻮد ﻣﻲ داده ﻗﺮار ﭘﻴﺰو ﻫﺎي ﻣﻘﺎوﻣﺖ ﻛﻪ ﻣﺤﻠﻲMPa25ﺑﺮاﺑﺮ
MPa284ﺑﺎﺷﺪ ﻣﻲ.ﻣـﺎﻛﺰﻳﻤﻢ ،اﺳـﺖ ﻣﺸـﺨﺺ ﺷﻜﻠﻬﺎ اﻳﻦ از ﻛﻪ آﻧﭽﻪ
ﻳﻌﻨـﻲ دﻳﺎﻓﺮاﮔﻢ ﺑﻴﺮوﻧﻲ ﻗﺴﻤﺖ در ﻣﺤﻮري ﺗﻨﺶMPa284-ﻛـﻪ ﺑـﻮده
ﻣﺴـﻄﺢ ﺻـﻮرت ﺑـﻪ و ﻛﻮﭼـﻚ ﺧﻴﻠـﻲ ﺗﻨﺶ اﻳﻦ ﻛﻪ اﺳﺖ اﻳﻦ از ﻧﺸﺎن13
ﺑﺎﺷﺪ ﻣﻲ.ﺷـﻜﻞ)14(ﻓﺸـﺎر ﻣﻨﺤﻨـﻲ ﻧﻴـﺰP=(0-25)MPaدر ﻫـﻢ را
را ﻣﺮﻛـﺰ از اﻧﺤـﺮاف ﺣﺴـﺐ ﺑﺮ ﺳﺎزي ﺷﺒﻴﻪ ﺣﺎﻟﺖ در ﻫﻢ و ﺗﺌﻮري ﺣﺎﻟﺖ
ﻧﺸﺎندﻫﺪ ﻣﻲ.ﻣﻘـﺪار دﻫﻨﺪه ﻧﺸﺎن رﻧﮓ آﺑﻲ ﺑﺮﻳﺪه ﺧﻂ ﻣﻨﺤﻨﻲ اﻳﻦ در
دﻫـﺪ ﻣـﻲ ﻧﺸـﺎن را ﻛﻮﭼﻚ اﻧﺤﺮاف ﺗﺌﻮري ﺗﻮﺳﻂ ﺷﺪه ﻣﺤﺎﺳﺒﻪ.ﺧـﻂ و
ﺗﻮﺳﻂ رﻧﮓ ﻗﺮﻣﺰ ﺑﺮﻳﺪهANSYSﺑاﺳـﺖ آﻣﺪه ﺪﺳﺖ.ﺑـﺎ ﺷـﻜﻞ اﻳـﻦ در
اﻧﺤـﺮاف ﺑـﺎ ﻓﺸـﺎر راﺑﻄﻪ ﻛﻪ ﮔﺮﻓﺖ ﻧﺘﻴﺠﻪ ﺗﻮان ﻣﻲ ﻓﻮق ﺣﺎﻟﺖ دو ﻣﻘﺎﻳﺴﻪ
ﺑﺎﺷﺪ ﻣﻲ ﺧﻄﻲ راﺑﻄﻪ ﻳﻚ ًﺎﺗﻘﺮﻳﺒ.
5-ﺷﺪه ﺳﺎزي ﺷﺒﻴﻪ ﻫﺎي ﺷﻜﻞ و ﺟﺪول
ﺣﺎﻟﺖ ﺑﺮاي ﻫﻢ ﺷﺪه ﻃﺮاﺣﻲ دﻳﺎﻓﺮاﮔﻢ ﻧﻮع ﭼﻬﺎر ﺑﺮاي آﻣﺪه ﺑﺪﺳﺖ ﻧﺘﺎﻳﺞ
از ﺷﺪه اﺳﺘﺨﺮاج ﻫﺎي ﺗﺤﻠﻴﻞ ﻫﻢ و ﺗﺌﻮريANSYSﻣﻼﺣﻈﻪ زﻳﺮ ﺟﺪول در را
ﻛﻨﻴﺪ ﻣﻲ.
ﺟﺪول1:ﻣﻘﺎﻳﺷﺒ ﺴﻪﻴﺗﺌﻮري ﺣﺎﻟﺖ ﺑﺎ ﺳﺎزي ﻪ
2RP=4mm2RP=4mm2RP=2mm2RP=2mm
دﻳﺎﻓﺮاﮔﻢ اﺑﻌﺎد
hP=0.4mmhP=0.2mmhP=0.4mmhP=0.2mm
٧٨/٢٣٤/٠٣٧/٧١٩٢/٨
اﻧﺤﺮاف ﻣﺎﻛﺰﻳﻤﻢ
ﺗﺌﻮري ﺣﺎﻟﺖ
)mµ(
٩٣/٣٣٩/٠٥٢٨٢/٧
اﻧﺤﺮاف ﻣﺎﻛﺰﻳﻤﻢ
ANSYS
)mµ(
٤٠٦١٠٦١١٥١٣٠٤
ﺗﻨﺶ ﻣﺎﻛﺰﻳﻤﻢ
ANSYS
)MPa(
اﻳﻦ از ﺷﺪه اﺳﺘﺨﺮاج ﻫﺎي ﻧﻤﻮدار و ﺳﺎزي ﻣﺪل ﺑﻪ ﻣﺮﺑﻮط ﻫﺎي ﺷﻜﻞ اداﻣﻪ در
ﻛﻨﻴﺪ ﻣﻲ ﻣﻼﺣﻈﻪ را ﻫﺎ ﺳﺎزي ﺷﺒﻴﻪ.
ﺷﻜﻞ6:ﻣﺤﺪود اﻟﻤﺎن ﺑﺮاي دﻳﺎﻓﺮاﮔﻢ ﻣﺪل2R=4mm, h=0.4mm
ﺷﻜﻞ7:ﺟﺎﺑﺠﺎﻳﻲWﻓﺸﺎر در دﻳﺎﻓﺮاﮔﻢP=25MPa
1
X
Y
Z
MAR 17 2013
05:11:05
ELEMENTS
1
MN
MX X
Y
Z
0
.869E-06
.174E-05
.261E-05
.348E-05
.435E-05
.521E-05
.608E-05
.695E-05
.782E-05
MAR 13 2013
10:31:24
NODAL SOLUTION
STEP=1
SUB =1
TIME=1
USUM (AVG)
RSYS=0
DMX =.782E-05
SMX =.782E-05
5. ﻣﻴﻜﺮوﻣﺎﺷﻨﻴﻜﺎري و رﻳﺰﻓﻨﺎوري اﻟﻤﻠﻠﻲ ﺑﻴﻦ ﻛﻨﻔﺮاﻧﺲ اوﻟﻴﻦICMEMS2014
ﻓﻨﺎوري ﭘﮋوﻫﺸﻜﺪه،اﻣﻴﺮﻛﺒﻴﺮ ﺻﻨﻌﺘﻲ داﻧﺸﮕﺎه ﻧﻮ ﻫﺎي29و30ﺑﻬﻤﻦ1392
ﺷﻜﻞ8:راﺳﺘﺎي در ﺷﻌﺎﻋﻲ ﺗﻨﺶXﻓﺸﺎر درP=25MPa
ﺷﻜﻞ9:ﻣﺎ وون ﺗﻨﺶﻳﻓﺸﺎر در ﺰزP=25MPa
ﺷﻜﻞ10:ﺗﻮزﻳﺗﻨﺶ ﻊX-Yﻣﺴ راﺳﺘﺎي درﻴﺮX
ﺷﻜﻞ11:ﻣﻴﺟﺎﺑﺠﺎ ﺰانﻳد ﻲﻳراﺳﺘﺎي در ﺎﻓﺮاﮔﻢZ
ﺷﻜﻞ12:ﺗﻮزﻳﻣﺎ وون ﺗﻨﺶ ﻊﻳﺰزﻣﺴ راﺳﺘﺎي درﻴﺮX
ﺷﻜﻞ13:ﺗﻮزﻳﺗﻨﺶ ﻊX , Yﻣﺴ راﺳﺘﺎي درﻴﺮX
1
MNMX X
Y
Z
-.316E+09
-.230E+09
-.144E+09
-.584E+08
.276E+08
.114E+09
.200E+09
.286E+09
.372E+09
.458E+09
MAR 13 2013
10:31:53
NODAL SOLUTION
STEP=1
SUB =1
TIME=1
SX (AVG)
RSYS=0
DMX =.782E-05
SMN =-.316E+09
SMX =.458E+09
1
MN
MX
X
Y
Z
52.284
.489E+08
.977E+08
.147E+09
.195E+09
.244E+09
.293E+09
.342E+09
.391E+09
.440E+09
MAR 13 2013
10:33:41
NODAL SOLUTION
STEP=1
SUB =1
TIME=1
SEQV (AVG)
DMX =.782E-05
SMN =52.284
SMX =.440E+09
6. ﻣﻴﻜﺮوﻣﺎﺷﻨﻴﻜﺎري و رﻳﺰﻓﻨﺎوري اﻟﻤﻠﻠﻲ ﺑﻴﻦ ﻛﻨﻔﺮاﻧﺲ اوﻟﻴﻦICMEMS2014
ﻓﻨﺎوري ﭘﮋوﻫﺸﻜﺪه،اﻣﻴﺮﻛﺒﻴﺮ ﺻﻨﻌﺘﻲ داﻧﺸﮕﺎه ﻧﻮ ﻫﺎي29و30ﺑﻬﻤﻦ1392
ﺷﻜﻞ14:ﻏ اﻧﺤﺮاف ﻣﻨﺤﻨﻲﻴاز ﻓﺸﺎر ﺧﻄﻲ ﺮ0ﺗﺎMPa25
6-ﻧﺘﻴﮔ ﺠﻪﻴﺮي
راﺑﻄﻪ ﻳﻚ ﺷﺪ اﺛﺒﺎت ﻛﻪ ﻣﺮﻛﺰ از اﻧﺤﺮاف و ﻓﺸﺎر ﺑﻴﻦ راﺑﻄﻪ ﺑﻪ ﺗﻮﺟﻪ ﺑﺎ
ﺑﺎﺷﺪ ﻣﻲ ﺧﻈﻲ.ﺳﻨﺴـﻮر ﺳـﺎﺧﺖ ﺟﻬـﺖ ﺷﺪه اﺷﺎره ﻣﺮاﺣﻞ ﺑﻪ ﺗﻮﺟﻪ ﺑﺎ و
ﺳـﺎﺧﺖ در ﻣﺮﺳـﻮم روش ﻳـﻚ ﻛـﻪ ﻣﻴﻜﺮوﻣﺎﺷـﻴﻨﺮي روش ﺑـﺎ ﻓﻮق ﻓﺸﺎر
ﺳﻨﺴﻮرﻫﺎيMEMSآن ﻛﻮﭼـﻚ اﺑﻌﺎد ﺑﻪ ﺗﻮﺟﻪ ﺑﺎ ﺳﻨﺴﻮر اﻳﻦ ،ﺑﺎﺷﺪ ﻣﻲ
ﻣﻨﺎﺳ ﺟﺎﻳﮕﺰﻳﻦ ﻳﻚ ﺗﻮاﻧﺪ ﻣﻲﺑﺎﺷﺪ آن ﺑﺎﻻي رﻧﺞ ﺑﻪ ﺗﻮﺟﻪ ﺑﺎ ﺻﻨﺎﻳﻊ در ﺐ.
ﻧﻔـﺖ ﺻﻨﻌﺖ ﻫﻤﭽﻮن ﺻﻨﺎﻳﻌﻲ در ﻛﻪ روش اﻳﻦ از اﺳﺘﻔﺎده ﺑﺎ اﺳﺖ اﻣﻴﺪ و
ﺟﺎﻫﺎﻳﻲ در ﺧﺼﻮص ﺑﻪ ﻓﺸﺎر ﻛﻨﺘﺮل ﻣﺴﺎﻟﻪ اﻫﻤﻴﺖ دﻟﻴﻞ ﺑﻪ ﭘﺘﺮوﺷﻴﻤﻲ و
ﺑـﺰرگ اﺑﻌـﺎد ﺑـﺎ ﻓﺸـﺎر ﺳﻨﺴـﻮرﻫﺎي ﻧﺼـﺐ و ﺑﻮده ﻻزم دﻗﻴﻖ ﻛﻨﺘﺮل ﻛﻪ
ﻣﻨ ﺟﺎﻳﮕﺰﻳﻦ ﻳﻚ ﺗﻮاﻧﺪ ﻣﻲ ،ﺑﺎﺷﺪ ﻣﻲ ﻣﺸﻜﻞﺑﺎﺷـﺪ ﺎﺳـﺐ.اﻳـﻦ ﻃﺮﻓـﻲ از
رﺑﺎﺗﻴـﻚ ﻛﻨﺘﺮل ﺟﻤﻠﻪ از ﻣﺴﺎﺋﻠﻲ در آن اﺑﻌﺎد ﺑﻪ ﺗﻮﺟﻪ ﺑﺎ ﺗﻮاﻧﺪ ﻣﻲ ﺳﻨﺴﻮر
ﻧﻤﺎﻳﺪ اﻳﻔﺎ را ﺑﺴﺰاﻳﻲ ﻧﻘﺶ.
7-ﻣﺮاﺟﻊ
[1] J. von Berg, C. Sonderegger, S. Bollhalder, C. Cavalloni,
"Piezoresistive SOI-Pressure Sensor for High Pressure
and High Temperature Applications, Sensor" 2005,
Volume (I), pp. 33-38.
[2] Andrzej M. Pawlak. "Sensors and actuators in
mechatronics : design and applications", © 2007 by
Taylor & Francis Group, LLC/ CRC Press is an imprint of
Taylor & Francis Group, an Informal business
[3] Stephen Beeby, Graham Ensell, Michael Kraft, Neil White
"MEMS Mechanical Sensors", © 2004 ARTECH HOUSE,
INC. 685 Canton Street Norwood, MA 02062
[4] Zhong Z et al, "Calibration of a piezoresistive stress
sensor in (1 00) silicon test chips" in Proc. Elect. Packag.
Tech Conf. 2002 pp 323-326.
[5] Yan-Hong Zhang, Chen Yang, "A Novel Pressure
Microsensor With 30-um-Thick Diaphragm and Meander-
Shaped Piezoresistors Partially Distributed on High-
Stress Bulk Silicon Region", IEEE Sensors J., vol.7, no.12,
Dec.2007, pp.1742-1748.
[6] V. Stankevič, Č. Šimkevičius. "Use of a shock tube in
investigations of silicon micromachined peizoresistive
pressure sensors", Sensors and Actuators A, 2000, 86: 58-
56.
[7] Xudong Fang, Libo Zhao, Yulong Zhao, Zhuangde Jiang,
"A high pressure sensor with circular diaphragm based on
MEMS technology" , The 2st International Conference of
CSMNT, State Key Laboratory for Mechanical
Manufacturing System Engineering, Xi’an, China
[8] Stephen Beeby, Graham Ensell, Michael Kraft, Neil
White,"MEMS Mechanical Sensors", Chapter 6, Pressure
Sensors, 2004 British Library Cataloguing in Publication
Data
[9] edited by Mohamed Gad-el-Hak.,"MEMS, Design and
Fabrication", Chapter 7, Fabrication, Characterization,
and Reliability design and fabrication, © 2006 by Taylor
& Francis Group, LLC CRC Press is an imprint of Taylor
& Francis Group
[10] Naibing Ma, Fei Luo, and Deyin Zhang, "A novel
microbend pressure sensor with optical fiber", Chinese
Journal of Scientific Instrument, vol. 21, no. 5, pp. 543–
545, 2000.
[11] Pandey N.K., and Yadav B.C., "Embedded fibre optic
microbend sensor for measurement of high pressure and
crack detection", Sensors and Actuators, a: Physical, vol.
128, no. 1, pp. 33-36, March 2006.
[12] Sakata Hajime, and Iwazaki Tetsuya, "Sensitivity-variable
fiber optic pressure sensors using microbend fiber
gratings", Optics Communications, vol. 282, no. 23, pp.
4532-4536, December, 2009.
[13] Bin Ma, and Xinguo Zou, "Study of vehicle weight-
inmotion system based on fiber-optic microbend sensor"
Proc. 2010 International Conference on Intelligent
Computation Technology and Automation (ICICTA
2010), 2010, vol. 3, pp. 458-461.
[14] Junnan He, Zhenxiang Cai, and Xuejin Li, "Mono-fiber
optic pressure sensor", Chinese Journal of Sensors and
Actuators, vol. 20, no. 6, pp. 1290-1293, 2007.
[15] S.Timoshenko, S.Woinowsky-Krieger. "Theory of plates
and shells", McGraw-Hill, New York, 1959, pp: 55-59
[16] Yang Guitong, "Introduction to Elasticity", Beijing:
Tsinghua University Press, 2006, pp. 191-194. (in
Chinese)
[17] Xu Zhilun, "A Concise Course in Elasticity", Beijing:
Higher Education Press, 2010, pp. 178-202.(in Chinese)
8-زﻳﺮﻧﻮﻳﺲﻫﺎ
1
FEM (Finite Element Analysis)
2
Small Deflections
3
Doping
4
Piezoresistive
5
Actuators
6
Borosilicate
7
Wheatstone bridge
8
Plasticity
9
Creeps
10
Stress Stiffening
11
Large Deflection
12
Large Strain Capabilities
13
Flat