منصة الرسائل والاطاريح: جهاز الاستشعار المايكرو-كهروميكانيكي متعدد الوظائف

الخلاصة

يتطلب العالم من حولنا مراقبة البيانات وجمع المعلومات من الطبيعة حيث تلعب أجهزة الاستشعار دورًا رئيسيًا في هذه العملية. عندما يتم تطبيق محفز على جهاز استشعار ، يولد جهاز الاستشعار إشارة كهربائية كاستجابة لهدا التحفيز. تعادل إشارة التيار أو الجهد الخارج الكميات المدخلة. يمكن تحويل كل نوع من الإشارات إلى إشارة كهربائية بواسطة المستشعر ، والذي يمكن أن يأخذ مجموعة متنوعة من الإشارات، بما في ذلك الفيزيائية والكيميائية والبيولوجية. لقد لفت تطوير تقنية النظم الكهروميكانيكية الصغرى (MEMS) اهتمامًا خاصًا لتصميم المستشعرات بالمقايس الصغرى حيث يمثل الحجم واستهلاك الطاقة ودقة القراءة المعلمات الرئيسية التي يجب مراعاتها أثناء تصميم أي مستشعرات جديدة. في هذا العمل ، تم تصميم ومحاكاة مستشعرات متعددة الوظائف حيث تم اقتراح قياس الرطوبة والضغط كدالة للسعة. كانت فكرة هذا التصميم هي الانتقال من وضع الاستشعار الواحد إلى الاستشعار متعدد الأوضاع لتقليل الحجم واستهلاك الطاقة وتحسين البيانات المجمعة. تم تصميم انموذجين من أجهزة الاستشعار (بعدين وثلاثة أبعاد) ، وأجريت المحاكاة لقيم مختلفة للضغط المطبق والرطوبة النسبية. كشفت النتائج عن زيادة معنوية في السعة المحسوبة مع زيادة الضغط المطبق للانموذج ثلاثي الأبعاد وكانت أعلى من الزيادة في السعة للانموذج ثنائي الأبعاد. فيما يتعلق بالرطوبة النسبية ، فإن تغيير السعة المحسوبة مع تغيير الرطوبة النسبية له تأثير ضئيل مقارنة بتغير الضغط. وتم استخدام برنامج COMSOL Multiphysics في تصميم ومحاكاة نماذج المستشعرات. التغيير في السعة هو من 157 بيكو فاراد إلى 173 بيكو فاراد مع زيادة الضغط إلى 100 بار في النموذج ثنائي الأبعاد بينما كان من 2.4 بيكو فاراد إلى 13.9 بيكو فاراد في النموذج ثلاثي الأبعاد مع زيادة الضغط إلى 11 بار فقط. في حين أن تغيير السعة المحسوبة مع تغيير الرطوبة النسبية من 0.1 إلى 0.8 له تأثير ضئيل مقارنة بتغير الضغط. تم استخدام برنامج COMSOL Multiphysics 5.5 في تصميم ومحاكاة نماذج المستشعرات