بررسی ناپایداری استاتیکی و دینامیکی میکروژیروسکوپ های ارتعاشی در میدان های الکترواستاتیک تحت ولتاژ مستقیم

در طراحی میکروژیروسکوپ ترکیبی از تکنولوژی ژیروسکوپ و تکنولوژی سیستم های میکروالکترومکانیک به کار گرفته شده است. اغلب میکروژیروسکوپ هایی که از طریق فرآیند میکروماشینکاری ساخته می شوند، از نوع ارتعاشی هستند. ژیروسکوپ های ارتعاشی یا کریولیسی دارای یک یا چند جرم صلب یا متمرکز تحت عنوان جرم گواه و یک سیستم تعلیق می باشند. میکروژیروسکوپ ارتعاشی در یک جهت به صورت عملگر و در جهت دیگر به صورت حسگر عمل می کند. جرم گواه در دو جهت محرک (اولیه) و شناسایی (ثانویه) ارتعاش می نماید. این دو جهت معمولا عمود بر هم می باشند. چنانچه ارتعاشات اولیه در یک قاب در حال دوران اتفاق بیفتد، نیروی کریولیس ایجاد شده موجب ارتعاشات ثانویه (در جهت شناسایی) در جهت عمود بر نوسانات اولیه می گردد. سرعت زاویه ای قاب دورانی با اندازه- گیری نوسانات ثانویه تخمین زده می شود. از مکانیزم های الکترواستاتیک، پیزوالکتریک و الکترومغناطیس جهت تحریک و شناسایی میکروژیروسکوپ های ارتعاشی استفاده می شود. در میکروژیروسکوپ هایی که از طریق الکترواستاتیک تحریک و شناسایی می شوند، یک جفت ولتاژ مستقیم و متناوب در جهت محرک و یک ولتاژ مستقیم به منظور تنظیم فرکانس طبیعی در جهت شناسایی اعمال می گردد. معمولا در میکروژیروسکوپ ها برای دستیابی به رزونانس و افزایش حساسیت لازم است که فرکانس طبیعی جهت های محرک و شناسایی تنظیم و منطبق گردند. این امکان با استفاده از انطباق فرکانس های طبیعی جهات محرک و شناسایی از طریق تنظیم ولتاژ مستقیم انجام می شود. هدف از این پژوهش بررسی حرکت جرم گواه در جهات محرک و شناسایی و ناپایداری میکروژیروسکوپ ها تحت تاثیر ولتاژ مستقیم می باشد. در مدلسازی اثرات نیروهای مقیاس بین ملکولی میکرو و نانو لحاظ شده است. مدل و روش حل ارائه شده با نتایج آزمایشگاهی و روش المان محدود در محیط انسیس صحه گذاری شده است. نتایج نشان می دهد که اثرات غیرخطی، دوران پایه و میدان های حاشیه ای الکترواستاتیک تاثیر قابل توجهی بر رفتار استاتیکی، دینامیکی و ناپایداری دارد.

Keywords:

میکروژیروسکوپ , ناپایداری , ولتاژ مستقیم , نیروهای مقیاس تاتو