اتلاف نگهدارنده در تشدیدگرهای میکرومکانیکی حلقوی تحت مدهای ارتعاشی خمشی و پیچشی

تشدیدگرهای میکرومکانیکی قطعات کوچک میکرومکانیکی هستند که در فرکانس های بالا ارتعاش می کنند و برای افزایش دامنه ارتعاشات به کار می روند. تشدیدگرها در فیلترها، سنسورها و ژیروسکوپ ها به کار می روند. مکانیزم های اتلاف انرژی در تشدیدگرها به صورت اتلاف تکیه گاه، اتلاف ترموالاستیک، اتلاف بر اثر اصطکاک داخلی و اتلاف هوا هستند. ضریب کیفیت یک ضریب کاربردی و مهم برای تشدیدگرها محسوب می شود. سیستم با ضریب کیفیت بالا دارای سطح اتلاف انرژی پایین است. در این تحقیق تشدیدگرهای میکرومکانیکی حلقوی و بیضوی با چهار تیر نگهدارنده تحت مدهای ارتعاشی پیچشی و خمشی بررسی شده اند. همچنین تشدیدگر میکرومکانیکی مربعی با دو تیر افقی نگهدارنده تحت مد لغزشی داخل صفحه نیز بررسی شده است. برای تشدیدگرهای دارای دو محور تقارن عمودی و افقی مانند تشدیدگر مربعی، بیضوی، حلقوی و ... که توسط چهار تیر نگهداری می شوند، مد دوم و سوم ارتعاش ترکیبی از مد پیچشی و مد خمشی هستند. در این تحقیق روابط مربوط به فرکانس مد دوم و سوم ارتعاش تشدیدگرهای میکرومکانیکی حلقوی و بیضوی تعیین شده است و فرکانس های به دست آمده از این روابط با فرکانس به دست آمده از نرم افزار ansys مطابقت خوبی دارد. نتایج تحقیق نشان می دهد که فرکانس طبیعی تشدیدگر میکرومکانیکی حلقوی با افزایش شعاع داخلی تشدیدگر، پهنا و ارتفاع تیرهای نگهدارنده افزایش می یابد و با افزایش شعاع خارجی تشدیدگر و طول تیرهای نگهدارنده کاهش می یابد. در این پژوهش، همچنین روابط ضریب کیفیت در حالت اتلاف تکیه گاه برای مدهای دوم و سوم ارتعاش تشدیدگرهای میکرومکانیکی حلقوی و بیضوی ارائه شده و فرمول های صحیح توان خالص جریان انرژی خروجی از تشدیدگر محاسبه شده است. روابط ضریب کیفیت مربوط به مد لغزشی داخل صفحه تشدیدگر میکرومکانیکی مربعی با دو تیر افقی نگهدارنده نیز ارائه شده است. می توان گفت ضریب کیفیت در حالت اتلاف تکیه گاه برای مدهای دوم و سوم ارتعاش تشدیدگرهای میکرومکانیکی حلقوی و بیضوی با افزایش ممان اینرسی دوم سطح تیرهای نگهدارنده به سرعت کاهش می یابد و با افزایش ضخامت زیرلایه ضریب کیفیت افزایش می یابد. تشدیدگر میکرومکانیکی حلقوی دارای فرکانس و ضریب کیفیت یکسانی در مد دوم و سوم ارتعاشی است اما در تشدیدگر میکرومکانیکی بیضوی فرکانس و ضریب کیفیت در این دو مد ارتعاشی متفاوت است. ضریب کیفیت در حالت اتلاف تکیه گاه برای مد لغزشی داخل صفحه تشدیدگر میکرومکانیکی مربعی با دو تیر افقی نگهدارنده با افزایش پهنای تیرهای نگهدارنده به سرعت کاهش می یابد و به ضخامت تشدیدگر وابستگی خیلی کمتری در مقایسه با پهنای تیرهای نگهدارنده دارد.