مدل سازی و تحلیل ارتعاشی میکروفون دایروی خازنی با دو صفحه پشتیبان

در این پایان نامه دیافراگم میکروفن خازنی به صورت یک ورق نازک دایروی همسانگرد گیردار که از دو طرف تحت بار الکترواستاتیکی می باشد مدل شده و فشار آکوستیکی به صورت یک تابع هارمونیک یکنواخت برآن اعمال شده است. همچنین نیروی میرایی بصورت یک جمله ی خطی بر دیافراگم مدل شده است. در این پایان نامه ابتدا معادلات حرکت با استفاده از تئوری غیرخطی ون کارمن میکروصفحه دایروی تحت نیروی الکترواستاتیکی اعمالی از صفحات پشتیبان، استخراج گردیده و بی بعد گردیده اند. در مرحله بعد، به منظور تحلیل استاتیکی با استفاده از روش کاهش مرتبه گلرکین معادلات خیز مرکز میکروورق دیافراگم برحسب ولتاژ اعمالی بدست آمده و ولتاژ کشیدگی که در آن ناپایداری رخ می دهد، محاسبه گردیده است. این محاسبه برای هردو نوع میکروفون یک طرفه و دوطرفه انجام شده است. صحت روابط به دست آمده از حل تحلیلی با نتایج آزمایشگاهی و حل اجزإمحدود توسط نرم افزار ansys تأیید می گردد. در ادامه تآثیر پارامترهای هندسی بر روی ولتاژ ناپایداری کشیدگی استاتیکی مورد مطالعه قرار گرفته است، بررسی ها نشان می دهد، همواره مقدار این ولتاژ برای میکروفن دوطرفه بیشتر از نوع یک طرفه می باشد. همچنین برای یک میکروفون خازنی دوطرفه بمنظور بهبود عملکرد و افزایش پایداری، یک بهینه سازی دوهدفه توسط الگوریتم ژنتیک به کمک جعبه ابزار مربوطه در نرم افزار matlab انجام داده شده و نقاط طراحی بهتری پیشنهاد شده است. در تحلیل اجباری دینامیکی، معادلات دیافراگم در حضور فشار آکوستیکی هارمونیک، با استفاده از یک تابع حدس اولیه توسط روش گلرکین به یک معادله دیفرانسیل غیرخطی معمولی کاهش پیدا کرده اند. سپس با استفاده از روش هارمونیک بالانس معادله ی ارتعاش غیرخطی به دست آمده حل گردیده و رابطه ی تحلیلی برای تابع پاسخ فرکانسی و فاز به دست آمده است. همچنین این معادله با روش عددی رانگ کوتا در نرم افزار mathematica برای نسبت فرکانس های مختلف حل گردیده اند، که مطابقت خوبی با حل تحلیلی مساله دارد. با استفاده از روابط به دست آمده از حل تحلیلی هارمونیک بالانس، نمودارهای غیرخطی پاسخ فرکانسی در فشار، ضریب میرایی، ضریب سخت شوندگی و ولتاژهای الکترواستاتیکی مختلف و همچنین پاسخ نیرویی و سطح کاتستروف برای میکروفون رسم شده و پدیده ی جهش در آن ها نمایش داده شده است. در ادامه با استفاده از رسم نمودارهای صفحه فاز، اثرات دامنه و نسبت فرکانسی بار آکوستیک هارمونیک، بر ولتاژ کشیدگی دیافراگم میکروفون، مشاهده شده است.