应用机械工程学报

抽象的

利用硅<111>晶体的各向异性行为通过有限元分析对电容式压力传感器进行多概念机械设计优化：设计优化方法总结

阿米尔·贾维迪内贾德

在微传感器的微机械设计领域，迄今为止，尚未对设计的实际机械或结构方面进行实质性考虑。因此，目前大多数可用的设计都面临着利用电子电路将“非线性”传感器输出线性化的挑战。在这项研究工作中，通过 FEM 优化技术设计了一种具有线性压力-偏转行为的微压力隔膜。隔膜被建模为具有平面各向同性特性的硅 (111) 平面。在隔膜上添加一个圆形中心凸台部分并进行优化，以实现最佳隔膜几何形状，从而允许该凸台部分在施加的表面压力载荷下进行平面或刚性偏转。使用各向异性薄板理论开发了近似的闭式偏转解，并将 FEM 优化设计的隔膜偏转行为与该薄板理论模型进行了比较。建议将这种隔膜设计用作电容式压力传感器的顶部电极板，其中将出现线性压力-电容变化行为。该压力膜片的压力范围为 0 至 206843 Pa (30 psi)，压力分辨率为 689.5 Pa (0.1 psi)。