13192

13192

طراحي و شبيه سازي يك ژيروسكوپ ميكروالكترومكانيكي(MEMS) براي كاربرد در خودرو

كارشناسي ارشد

خودرو - بدنه

تابستان 1393

تابستان 1393

دكتر ابولفضل خلخالي

دكتر صابر عزيزي

چكيده: در رساله حاضر به طراحي ژيروسكوپ ميكروالكترومكانيكي و ديناميك غير خطي حاكم بر آن پرداخته شده است. پس از مقدمه اي كوتاه از سيستمهاي ميكروالكترومكانيكي و ژيروسكوپ هاي ميكروماشيني به بررسي كارهاي گذشتگان در ارتباط با ديناميك غيرخطي، تحريك الكترواستاتيك و پيزوالكتريك و همينطور ژيروسكوپ هاي كلاسيك و مدرن، پرداخته شده است. معادلات حركت حاكم بر مدلهاي مورد مطالعه با استفاده از دو روش نيوتن و انرژي بدست آمده است، و با روشهاي مناسب بي بعد شده اند. براي گسسته سازي معادلات حركت روش عددي گلركين استفاده شده است. از آنجائيكه معادلات حركت غير خطي هستند، لذا براي بدست آوردن پاسخ فركانسي سيستم در راستاي مد تحريك، روش عددي پرتابه اي به كار گرفته شده است و دامنه پاسخ فركانسي در راستاي مد تحريك رسم شده است. جهت بررسي پايداري حل هاي پريوديك بدست آمده توسط روش پرتابه اي، از تئوري فلاكت استفاده شده است، و جاذب هاي پريوديك پايدار و ناپايدار در محدوده فركانسي مشخص رسم شده اند. پاسخ زماني سيستم در استاي مد تحريك و خوانش به ازاي شرايط اوليه متناظر با جاذبهاي پريوديك خاص رسم شده اند و تاثير جاذبهاي پريوديك با دامنه بالا و پايين روي حساسيت سيستم در راستاي مد خوانش مورد مطالعه قرار گرفته است. شايان ذكر است كه، ولتاژهاي پران متناظر با جاذبهاي پريوديك مورد نظر نيز محاسبه شده اند. با تحريك پيزوالكتريك، پاسخ فركانسي سيستم در راستاي مد تحريك، در اطراف رزونانس اوليه سيستم رسم شده است. از نوآوري هاي اين پروژه استفاده از تحريك پيزوالكتريك جهت جابجايي رزونانس هاي اوليه و همينطور دامنه متفاوت پاسخ فركانسي است كه به نوبه خود تاثير بسيار مثبتي را روي حساسيت سيستم مي گذارد و متعاقبا تنظيم پذيري بالايي را در اختيار سيستم در راستاي مد خوانش مي گذارد. از خلاقيتهاي به كار گرفته شده در اين رساله استفاده از ولتاژهاي پران مناسب جهت هدايت حلهاي پريوديك به سمت دامنه هاي پاسخ فركانسي بالا و يا پايين است كه حساسيت سيستم را در راستاي مد خوانش به اندازه قابل توجهي افزليش مي دهد. علاوه بر تاثير تحريك الكترواستاتيك و پيزوالكتريك، تاثير ضريب كيفيت نيز كه از پارامترهاي مهم در طراحي ميكروژيروسكوپ است، مورد بررسي قرار گرفته است و در نهايت يك ميكروژيروسكوپ كلاسيك با ضريب كيفيت بالا در راستاي مد تحريك و خوانش طراحي شده است.