شبیه سازی میکرو آینه (Micro Mirror) کامسول
شبیه سازی میکرو آینه (Micro Mirror) کامسول میکرو آینه ها دو مزیت کلیدی دارند: مصرف انرژی کم و هزینه ساخت پایین. به همین دلیل، بسیاری از صنایع از میکروآینه ها برای طیف وسیعی از کاربردهای MEMS استفاده می کنند. برای صرفه جویی در زمان و هزینه هنگام طراحی ریز آینه ها، مهندسان می توانند با استفاده از نرم افزار ، میرایی حرارتی و چسبناک را به دقت محاسبه کرده و عملکرد دستگاه را تجزیه و تحلیل کنند.
کاربردهای فراوان میکروآینه ها
یک میکروآینه را به صورت یک سیم روی گیتار تصور کنید. سیم آنقدر سبک و نازک است که وقتی آن را می‌کنید، هوای اطراف حرکت سیم را کم می‌کند و آن را متوقف می‌کند.
میکرو آینه ها کاربردهای بالقوه بسیار متنوعی دارند. به عنوان مثال، از این آینه ها می توان برای کنترل عناصر نوری استفاده کرد، قابلیتی که آنها را در زمینه های میکروسکوپ و فیبر نوری مفید می کند. میکروآینه ها در اسکنرها، نمایشگرهای هدآپ، تصویربرداری پزشکی و موارد دیگر یافت می شوند. بعلاوه، گاهی اوقات سیستم‌های MEMS از سیستم‌های میکروآینه اسکن یکپارچه برای کاربردهای مصرف‌کننده و مخابراتی استفاده می‌کنند. هنگام توسعه یک سیستم محرک میکروآینه، مهندسان باید رفتار ارتعاشی و میرایی دینامیکی آن را در نظر بگیرند، که هر دو تا حد زیادی بر عملکرد دستگاه تأثیر می‌گذارند. شبیه سازی راهی برای تجزیه و تحلیل این عوامل و پیش بینی دقیق عملکرد سیستم به موقع و مقرون به صرفه فراهم می کند.
برای انجام یک تحلیل پیشرفته MEMS، می‌توانید ویژگی‌های ماژول مکانیک سازه و ماژول آکوستیک، دو محصول الحاقی به پلتفرم شبیه‌سازی مولتیفیزیک COMSOL را ترکیب کنید. بیایید نگاهی به تحلیل‌های حوزه فرکانس (هارمونیک زمان) و گذرا یک میکروآینه ارتعاشی بیندازیم.
آموزش کامسول شبیه سازی میکرو آینه (Micro Mirror) کامسول
انجام تجزیه و تحلیل دامنه فرکانس یک میکروآینه ارتعاشی
ما یک سیستم ایده‌آل را مدل‌سازی می‌کنیم که متشکل از یک میکروآینه سیلیکونی ارتعاشی – که 0.5 در 0.5 میلی‌متر با ضخامت 1 میکرومتر است – که توسط هوا احاطه شده است. یک پارامتر کلیدی در این مدل عمق نفوذ است. یعنی ضخامت لایه های مرزی چسبناک و حرارتی. در این لایه‌ها، انرژی از طریق کشش چسبناک و هدایت حرارتی تلف می‌شود. ضخامت لایه های چسبناک و حرارتی با مقیاس های عمق نفوذ زیر مشخص می شود.
برای هوا، هنگامی که سیستم در فرکانس 10 کیلوهرتز برانگیخته می شود (که برای این مدل معمول است)، مقیاس های چسبناک و حرارتی به ترتیب 22 میکرومتر و 18 میکرومتر هستند. اینها مانند ضخامت آینه با مقیاس های هندسی قابل مقایسه هستند، به این معنی که تلفات حرارتی و چسبناک باید لحاظ شود. علاوه بر این، در سیستم‌های واقعی، آینه‌ها ممکن است در نزدیکی سطوح یا در مجاورت یکدیگر قرار گیرند و مناطق باریکی را ایجاد کنند که در آن اثرات میرایی برجسته می‌شوند.
تجزیه و تحلیل دامنه فرکانس بینشی در مورد پاسخ فرکانسی سیستم، از جمله مکان فرکانس‌های تشدید، ضریب Q تشدید، و میرایی سیستم ارائه می‌کند. هندسه مدل میکروآینه، صفحه تقارن، محدودیت ثابت و گشتاور را نشان می‌دهد. اجزای نیرو
در این مثال از سه رابط مجزا استفاده می کنیم:
رابط شل برای مدل‌سازی میکروآینه جامد، موجود در ماژول مکانیک سازه
رابط Thermoviscous Acoustics، Frequency Domain برای مدل‌سازی دامنه هوا در اطراف آینه، موجود در ماژول Acoustics
رابط آکوستیک فشار، دامنه فرکانس برای کوتاه کردن دامنه محاسباتی، موجود در ماژول آکوستیک
با مدل‌سازی آکوستیک ترموویسکوز دقیق و با استفاده از رابط صوتی ترموویسکوز، واسط دامنه فرکانس، می‌توانیم به طور صریح میرایی حرارتی و چسبناک را در حین حل معادلات ناویر-استوکس، تداوم و انرژی خطی شده کامل بگنجانیم. با انجام این کار، ما یکی از اهداف اصلی این مدل را محقق می کنیم: محاسبه دقیق میرایی تجربه شده توسط آینه.
آموزش comsol میکروآینه ارتعاشی
برای راه‌اندازی و ترکیب این سه رابط، از کوپلینگ‌های چندفیزیکی مرزهای آکوستیک-ترموویسکوز آکوستیک و مرزهای ترموویسکوز-آکوستیک-ساختار استفاده می‌کنیم. سپس مدل را با استفاده از یک جاروی دامنه فرکانس و یک مطالعه فرکانس ویژه حل می کنیم. این تحلیل‌ها ما را قادر می‌سازند فرکانس رزونانس آینه را تحت یک بار گشتاور در حوزه فرکانس مطالعه کنیم. شبیه سازی همرفت Natural Convection کامسول بخوانید.
نتایج تجزیه و تحلیل دامنه فرکانس
بیایید نگاهی به جابجایی ریز آینه برای فرکانس 10 کیلوهرتز و در هنگام قرار گرفتن در معرض نیروی گشتاور بیندازیم. در این سناریو، جابجایی عمدتا در لبه های دستگاه اتفاق می افتد. برای مشاهده جابجایی به روشی متفاوت، ما همچنین پاسخ را در نوک ریزآینه در طیف وسیعی از فرکانس‌ها رسم می‌کنیم. دو انیمیشن زیر گسترش دینامیکی از داده‌های حوزه فرکانس را با استفاده از ماهیت هماهنگ زمانی راه‌حل نشان می‌دهند. هر دو انیمیشن حرکت آینه را به شکلی بسیار اغراق آمیز به تصویر می کشند، که اولی بزرگی سرعت آنی را در یک مقطع و دومی نوسانات دمای صوتی را نشان می دهد. این نتایج نشان می دهد که مناطقی با سرعت بالا نزدیک به لبه ریز آینه وجود دارد. ما وسعت این ناحیه را در هوا از طریق مقیاس لایه مرزی چسبناک (عمق نفوذ چسبناک) تعیین می کنیم.
