Revista de Engenharia Mecânica Aplicada

Abstrato

Otimização de projeto mecânico multiconceptual de sensores de pressão capacitivos através de análise de elementos finitos com utilização de comportamento anisotrópico de cristal de silício <111>: resumo das abordagens de otimização de projeto

Amir Javidinejad

No mundo do projeto micromecânico de microssensores, até à data, não foram dadas considerações substanciais ao aspeto mecânico ou estrutural real dos projetos. Consequentemente, a maioria dos projetos atualmente disponíveis são desafiados a linearizar a saída do sensor “não linear” através da utilização de circuitos eletrónicos. Neste trabalho de investigação, um diafragma de micropressão que possui um comportamento linear de deflexão de pressão é projetado através de técnicas de otimização MEF. O diafragma é modelado como um plano de Silício (111), que possui propriedades isotrópicas planas. Uma secção de ressalto central circular é adicionada ao diafragma e a otimização é realizada para obter uma geometria ideal do diafragma que permitiria uma deflexão plana ou rígida desta secção de ressalto sob a carga de pressão superficial aplicada. As soluções aproximadas de deflexão de forma fechada são desenvolvidas usando a teoria de placas finas anisotrópicas e o comportamento de deflexão do diafragma do projeto otimizado FEM é comparado com este modelo de teoria de placas finas. Este projeto de diafragma é proposto para ser utilizado como a placa do elétrodo superior de um sensor de pressão capacitivo, onde o comportamento de mudança linear de pressão-capacitância se tornaria presente. Este diafragma de pressão tem uma gama de pressão de 0 a 206.843 Pa (30 psi) com uma resolução de pressão de 689,5 Pa (0,1 psi).