فهرست شکل ها……………………………………. ج

 

فهرست جداول…………………………………….. خ

 

فصل اول: مفاهیم وکلیات                                  1

 

1-1  تفاوت MEMS  با سیستمهای ماکرو………………… 5

 

1-2کاربردهای MEMS……………………………….. 7

 

1-2-1کاربرد در صنعت خودرو………………………… 7

 

1-2-2 کاربرد در پزشکی……………………………. 8

 

1-2-3کاربرد در الکترونیک…………………………. 8

 

1-3سیستم‌های جدید مرتبط با MEMS…………………… 9

 

1-3-1سیستم های میکروالکترومکانیکی زیستی……………. 9

 

1-3-2سیستم‌های میکرواپتوالکترومکانیکی ………………. 9

 

1-3-3: سیستم‌های میکروالکترومکانیکی فرکانس بالا………. 9

 

1-4  میکرومحرکها……………………………….. 12

 

1-4-1 محركهای الكترواستاتیكی…………………….. 13

 

1-4-2  محركهای گرمائی…………………………… 14

 

1-4-3  پنوماتیك گرمائی………………………….. 14

 

1-4-4 سایر محركها………………………………. 15

 

1-5  تكنولوژی میكرو ماشینكاری……………………. 15

 

1-6  تکنیکهای میکروماشینکاری…………………….. 16

 

1-6-1 میکروماشینکاری حجمی……………………….. 17

 

1-6-2 میکروماشینکاری سطحی……………………….. 20

 

1-6-3 روش چسباندن لایه ای………………………… 22

 

1-7  پایداری MEMS……………………………… 23

 

1-8 مزایا و معایب MEMS…………………………. 23

 

 

 

فصل دوم: پیشینه تحقیق                                   27

 

2-1مروری بر کلیات تاریخچه(MEMS)……………………. 27

 

2-2 تحقیقات قبلی در رابطه با پدیده ناپایداری در ساختارهای MEMS 28

 

2-3 تحقیقات قبلی در رابطه با آنالیز فرکانسهای طبیعی ساختارهای MEMS………………………………………………. 30

 

2-5 تحقیقات قبلی در رابطه با بررسی اثر ولتاژ آنیدر ساختارهای MEMS………………………………………………. 30

 

2-6 کارهای انجام شده مرتبط با پروژه………………… 31

 

فصل سوم: توصیف مدل و استخراج معادلات حاکم برمسئله        34

 

3-1معرفی مدل مورد مطالعه…………………………. 34

 

3-2 مدلسازی ریاضی برای محركهای میكروالكترومكانیكی الكترواستاتیكی………………………………………………. 35

 

3-3 فرمولبندی برای ارتعاشات سیال………………….. 38

 

3-4ارتعاشات کوپل شده سیستم……………………….. 43

 

3-5 حل مقدار ویژه سیستم (ارتعاشات آزاد)…………… 44

 

3-6 روابط جرم افزوده……………………………. 45

 

فصل چهارم: نتایج عددی و بحث                              47

 

4-1 بازبینی و تصدیق روش ارائه شده برای سیال نامحدود… 47

 

4-2 نتایج عددی ومباحثه برای ارتعاشات آزاد…………… 48

 

4-3 نتایج عددی و مباحثه برای ارتعاشات اجباری  با اعمال ولتاژ آنی……………………………………………… 60

 

فصل پنجم: نتیجه گیری و پیشنهاد                         66

 

مراجع                                                  68

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

فهرست اشکال

 

 

 

شکل1-1 قطعات ساخته شده با استفاده از فناوری MEMS…. 1

 

شکل 1-2 اجزای تشكیل دهندة MEMS………………….. 2

 

شکل1-3نمائی شماتیكی از تراشه MEMS……………….. 3

 

شکل1-4 تكنولوژی میكروسیستم………………………. 4

 

شکل1-5تكامل تدریجی بازار MEMS…………………… 4

 

شکل1-6اندازة موارد مختلف بر حسب متر………………. 7

 

شکل1-7 یک مورچه در زیر میکروسکوپ الکترونی…………. 11

 

شکل1-8نمونه مینیاتوری اولین خودروی مسافربری تویوتا … 11

 

شکل1-9کوچکترین گیتار جهان……………………….. 11

 

شکل1-10 میکروپمپ تحت اثر نیروی مغناطیسی…………… 12

 

شکل1-11پاهای یک حشره بر روی چرخ دنده های میکروماشینکاری شده   12

 

شکل1-12 دیاگرام شماتیكی از میكرومحرك الكترواستاتیكی… 13

 

شکل1-13دیاگرام شماتیكی از میكرومحرك و میکروموتور الكترواستاتیكی…………………………………………….. 14

 

شکل1-14دیاگرام شماتیكی از میكرومحرك پنوماتیك گرمائی… 15

 

شکل1-15انواع ساختارهای میکروماشینکاری حجمی………… 17

 

شکل1-16میکروماشینکاری سیلیکون حجمی……………….. 19

 

شکل1-17میکروماشینکاری سطحی سیلیکون……………….. 20

 

شکل1-18 مثالی ازمیکروماشینکاری سطحی اصلاح شده………. 22

 

شکل1-19 دیاگرام شماتیكی از ایجاد نیروی الكترواستاتیكی. 25

 

شکل1-20 میکرو محرک……………………………… 26

 

شکل2-1تاریخچه MEMS در ایالات متحده از 1950 تا 2000……… 28

 

شکل3-1 طرح اجمالی از میکروتیر و محفظه سیال مورد نظر… 35

 

شکل4-1 شکل مدهای  تیر و سیال در مد 1……………… 50

 

شکل4-2شکل مدهای  تیر و سیال در مد 2………………. 51

 

شکل4-3 شکل مدهای  تیر و سیال در مد 3……………… 52

 

شکل4-4 شکل مدهای  تیر و سیال در مد 4……………… 53 

خرید متن کامل این پایان نامه در سایت nefo.ir

 

 

شکل4-5تغییرات فرکانس طبیعی بعلت حضور سیال…………. 54

 

شکل4-6نمودار همگرایی……………………………. 55

 

شکل4-7 تغییرات فرکانسهای طبیعی نسبت به تغییرات دانسیته سیال  55

 

شکل4-8 تغییرات فرکانسهای طبیعی نسبت به تغییرات طول میکروتیر  56

 

شکل4-9 تغییرات فرکانسهای طبیعی نسبت به تغییرات محل قرارگیری تیر در مخزن………………………………………. 57

 

شکل4-10 تاثیر تغییرات طول تیر بر روی شکل مدهای تیر خشک و خیس در مد اول……………………………………….. 58

 

شکل4-11 تاثیر تغییرات طول تیر بر روی شکل مدهای تیر خشک و خیس در مد دوم……………………………………….. 58

 

شکل4-12 تاثیر تغییرات طول تیر بر روی شکل مدهای تیر خشک و خیس در مد سوم……………………………………….. 59

 

شکل4-13 تاثیر تغییرات طول تیر بر روی شکل مدهای تیر خشک و خیس در مد چهارم……………………………………… 59

 

شکل4-14 پاسخ گذرای تیر در تداخل با سیالهای مختلف…… 61

 

شکل4-15 پدیده pull-in برای تیر در تداخل با سیالهای مختلف  61

 

شکل4-16مقایسه سیالهای مختلف بر روی ولتاژ pull-in…….. 62

 

شکل4-17  پاسخ گذرای تیر در تداخل با سیال اتانول با اعمال ولتاز پله مختلف………………………………………… 63

 

شکل4-18 تاثیر تغییرات طول تیر بر روی پاسخ دینامیکی سیستم قبل از پدیده pull-in……………………………………. 63

 

شکل4-19 تاثیر تغییرات طول تیر بر روی پدیده pull-in…… 64

 

شکل4-20 تغییرات ولتاژ pull-in  به ازای تغییرات طول با در نظر گرفتن سیالهای مختلف…………………………………. 64

 

شکل4-21 تغییرات فاصله بین دو الکترود بر روی ولتاژ pull-in به ازای سیالهای مختلف…………………………………. 65

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

فهرست جداول

 

جدول3-1 ریشه های معادله مشخصه تیر یکسرگیردار………. 38

 

جدول4-1تصدیق ومقایسه فرکانسهای اصلی در خلاء………… 47

 

جدول4-1تصدیق ومقایسه فرکانسهای اصلی در آب…………. 47

 

جدول 4-3 مشخصه های سیستم مورد استفاده در شبیه سازی…. 48

 

جدول 4-4خواص سیال………………………………. 48

 

جدول 4-5درصد کاهش فرکانسها………………………. 54

 

 

 

 

 

 

 

 

 

فصل اول

 

مفاهیم وکلیات

 

 

 

 

 

شكل 1-1: قطعات ساخته شده با استفاده از فناوری MEMS

 

 

 

MEMSتکنولوژی ساخت قطعات و سیستمهای مجتمع متشکل از اجزای الکتریکی و مکانیکی می­باشد که از روشهای تولید گروهی استفاده می‌کند. کلمه MEMS که مخفف میکروسیستم‌های الکترومکانیکی است در آمریکا رایج می‌باشد، در حالیکه در اروپا تکنولوژی میکروسیستم و در ژاپن میکروماشین‌ها رایج می­باشد. فرآیندهای میکروماشین‌کاری حجمی و سطحی برای برداشتن و یاقراردادن لایه‌هایی از سیلیکون و یامواد دیگر به کار می­روند تا اجزای مکانیکی و الکترومکانیکی را تولید کنند.

 

MEMS در حالت کلی به صورت زیر تعریف می‌شود:

 

MEMSیك سیستم كامل در ابعاد میكرو (شامل حركت، الكترومغناطیس، دستگاه‌ها و سازه‌های نوری میكرو و انرژی تابشی، مدارهای حس‌گر/محرك، مدارهای مجتمع (IC) پردازشگر/كنترل ‌كننده) است كه به صورت غیر انبوه تولید شده و:

 

1. پارامترها و تحریكات فیزیكی را به سیگنال‌های الكتریكی، مكانیكی و نوری تبدیل می‌كند و برعكس.

 

1. وظایف حس‌كردن، به كار انداختن و … را بر عهده دارد.

 

1. شامل بخش‌های كنترل (هوشمندی، تصمیم‌گیری، یادگیری تدریجی، تطبیق، سازماندهی خودمحور و …)، تشخیص، پردازش سیگنال و جمع‌آوری اطلاعات می‌باشد.“

اساساً، MEMS سیستمی است متشكل از سازه، حس‌گر، مدار الكترونیكی و كارانداز میكرو (شكل 1-2). سازة میكرو چهارچوب سیستم را تشكیل می‌دهد؛ حس‌گر میكرو سیگنال‌ها را جستجو می‌كند؛ مدار الكترونیكی میكرو، سیگنال‌های دریافتی را پردازش كرده و به كارانداز میكرو، فرمان پاسخ به سیگنال‌ها را می‌دهد.

 

با استفاده از تكنولوژی ساخت مدارهای مجتمع و به منظور تولید دستگاه‌های مكانیكی و الكترومكانیكی، MEMS  معمولاً بر یك بستر سیلیكونی كه قسمت‌هایی از آن به انتخاب و به روش اچ‌كردن جدا شده یا لایه‌های جدیدی به آن اضافه گشته، ساخته می‌شود.