Методика расчета емкостного интерфейса микромеханического акселерометра

дипломная работа

3.2.3 Демпфирование чувствительного элемента

Коэффициент демпфирования складывается из структурного демпфирования, так и из сопротивления воздушного потока вокруг конструкции. Так как при атмосферном давлении воздушное демпфирование - величина на порядок большая, чем структурное демпфирование, последнее игнорируется. Воздушное демпфирование в топологии акселерометров может быть рассмотрено как поток Кутта. Коэффициент потока Кутта выражается как:

(3.13)

где ? - вязкость воздуха, df - толщина воздушной пленки, и A - участок пластины.

Движение газа выше пластины может быть смоделировано как поток Стокса, в котором амплитуда колебания газа затухает по экспоненте до поверхности пластины.

Коэффициент демпфирования потока Стокса:

(3.14)

Демпфирование газовой пленкой происходит, когда воздушный зазор между двумя близко расположенными параллельными поверхностями изменяется.

Для поперечного акселерометра, демпфирование газовой пленкой, имеющее место между зубцами гребенки, когда акселерометр движется в направлении по оси х, изменяется на поток Хагена-Пуазёйля из-за узости воздушного зазора. В этом случае, краевые эффекты представляют значительный процент от общего демпфирования . Коэффициент демпфирования потока Хагена-Пуазёйля гребенки рассчитывают по формуле:

(3.15)

где ?? - вязкость воздуха, l - длина зубца гребенки, t - толщина зубца гребенки, и g - воздушный зазор между двумя зубцами гребенки.

Таким образом, полный коэффициент демпфирования:

(3.16)

где Apm, At, Ab -размеры чувствительного элемента, пружины подвеса, и балок соответственно.

Более точная оценка приводится в разделе 3.2.2. Nf - общее количество зубцов гребенки.

Протравленные отверстия могут уменьшить величину демпфирования на несколько порядков. Для того, чтобы оценить демпфирование с протравленными отверстиями, чувствительный элемент должен быть разбит на совокупность более малых параллельных пластин. Полное демпфирование - будет суммой от каждой из отдельных пластин.

Делись добром ;)