The active structural component of

The active structural component of a capacitive micromachinedultrasonictransducer(CMUT)isthetopplatewhich vibrates under the influence of a time-varying electrostatic force thereby producing ultrasound waves of the desired frequency in the surrounding medium. Analysis of MEMS devices which rely on electrostatic actuation is complicated due to the fact that the structural deformations alter the electrostatic forces, which redistribute and modify the applied loads. Hence, it becomes imperative to consider the electrostatics-structure coupling aspect in the design of these devices. This paper presents an approximate analytical solution for the static deflection of a thin, clamped circular plate caused by electrostatic forces which are inherently nonlinear. Traditionally, finite element simulations using some commercial software such as ANSYS are employed to determine the structural deflections caused by electrostatic forces. Since the structuraldeformationalterstheelectrostaticfield,acoupled-field simulation is required wherein the electrostatic mesh is continuouslyupdatedtocoincidewiththedeflectionofthestructure.Such simulations are extremely time consuming, in addition to being nontransparent and somewhat hard to implement. We employ the classical thin-plate theory which is adequate when the ratio of the diameter to thickness of the plate is very large, a situation commonly prevalent in many MEMS devices, especially the CMUTs. We solve the thin-plate electrostatic-elastic equation using the Galerkin-weighted residual technique, under the assumption that the deflections are small in comparison to the thickness of the plate. The evaluation of the electrostatic force between the two platesissimplifiedduetothefactthattheelectrostaticgapismuch smaller than the lateral dimensions of the device. The results obtained are compared to those found from ANSYS simulations and an excellent agreement is observed between the two. The pull-in voltage predicted by our model is close to the value predicted by ANSYS simulations.

ผลลัพธ์ (ไทย) 1:

ส่วนประกอบโครงสร้างงานของ isthetopplatewhich micromachinedultrasonictransducer ควบคุม (CMUT) สั่นสะเทือนภายใต้ influence ของเวลาที่แตกต่างกันไฟฟ้าสถิตแรงจึงผลิตเครื่องอัลตราซาวด์คลื่นของความถี่ที่ระบุในรอบสื่อ วิเคราะห์อุปกรณ์ MEMS ที่ใช้งาน actuation มีความซับซ้อนเนื่องจากข้อเท็จจริงที่ว่า deformations โครงสร้างเปลี่ยนแปลงกำลังไฟฟ้าสถิต สรร และปรับเปลี่ยนโหลดใช้ ดังนั้น มันเป็นความจำเป็นต้องพิจารณาด้านคลัป electrostatics โครงสร้างในการออกแบบของอุปกรณ์เหล่านี้ เอกสารนี้นำเสนอโซลูชั่นวิเคราะห์โดยประมาณสำหรับ deflection คงของบาง clamped กลมจานเกิดจากกองไฟฟ้าสถิตซึ่งเป็นความไม่เชิงเส้น ประเพณี finite องค์จำลองโดยใช้ซอฟต์แวร์เชิงพาณิชย์บางเช่น ANSYS เป็นลูกจ้างเพื่อกำหนด deflections โครงสร้างที่เกิดจากกองงาน ตั้งแต่ structuraldeformationalterstheelectrostaticfield, acoupled-field จำลองจำเป็นนั้นตาข่ายงานเป็น continuouslyupdatedtocoincidewiththedeflectionofthestructure เช่นจำลองมากใช้เวลานาน นอกจากจะ nontransparent และค่อนข้างยากใช้ได้ เราใช้แผ่นบางทฤษฎีคลาสสิกซึ่งจะเพียงพอในอัตราส่วนของเส้นผ่านศูนย์กลางกับความหนาของแผ่นมีขนาดใหญ่มาก สถานการณ์โดยทั่วไปพบมากในอุปกรณ์ MEMS มาก โดยเฉพาะอย่างยิ่ง CMUTs เราแก้สมการสถิตยางยืดแผ่นบางโดยใช้การถ่วงน้ำหนักที่ Galerkin เหลือเทคนิค ภายใต้สมมติฐานที่ว่า deflections ที่มีขนาดเล็กเมื่อเปรียบเทียบกับความหนาของแผ่น การประเมินผลของแรงไฟฟ้าสถิตระหว่าง platesissimplifiedduetothefactthattheelectrostaticgapismuch สองที่มีขนาดเล็กกว่าขนาดด้านข้างของอุปกรณ์ ผลได้รับจะเปรียบเทียบกับที่พบจาก ANSYS จำลอง และมีสังเกตแห่งข้อตกลงระหว่างสอง แรงดันไฟฟ้า pull-in ทำนาย โดยรูปแบบของเรามีค่าทำนาย โดยจำลองสถานการณ์ ANSYS

ผลลัพธ์ (ไทย) 2:

องค์ประกอบโครงสร้างที่ใช้งานของ micromachinedultrasonictransducer capacitive (CMUT) isthetopplatewhich สั่นภายใต้อิทธิพลของเวลาที่แตกต่างกันมีผลบังคับใช้ไฟฟ้าสถิตจึงผลิตคลื่นอัลตราซาวนด์ของความถี่ที่ต้องการในระดับปานกลางโดยรอบ การวิเคราะห์ของอุปกรณ์ MEMS ซึ่งพึ่งพาการดำเนินไฟฟ้าสถิตมีความซับซ้อนเนื่องจากความจริงที่ว่ารูปร่างโครงสร้างเปลี่ยนกองกำลังไฟฟ้​​าสถิตซึ่งแจกจ่ายและปรับเปลี่ยนโหลดใช้ ดังนั้นจึงเป็นความจำเป็นที่จะต้องพิจารณาด้านการมีเพศสัมพันธ์ไฟฟ้าสถิตโครงสร้างในการออกแบบของอุปกรณ์เหล่านี้ บทความนี้นำเสนอวิธีการแก้ปัญหาการวิเคราะห์โดยประมาณสำหรับ ection de ชั้นคงที่ของบางจับยึดแผ่นวงกลมที่เกิดจากกองกำลังไฟฟ้​​าสถิตซึ่งเป็นเชิงเส้นโดยเนื้อแท้ ตามเนื้อผ้าจำลององค์ประกอบไฟกลางคืนโดยใช้ซอฟต์แวร์เชิงพาณิชย์เช่น ANSYS เป็นลูกจ้างในการกำหนด ections de ชั้นโครงสร้างที่เกิดจากกองกำลังไฟฟ้​​าสถิต ตั้งแต่ ELD สาย structuraldeformationalterstheelectrostatic จำลอง ELD สาย acoupled- จะต้องขัดแย้งตาข่ายไฟฟ้าสถิตเป็น continuouslyupdatedtocoincidewiththede ชั้น ectionofthestructure.Such จำลองเป็นเวลานานมากนอกจากจะเป็น nontransparent และค่อนข้างยากที่จะดำเนินการ เราใช้ทฤษฎีบางจานคลาสสิกซึ่งเป็นที่เพียงพอเมื่ออัตราส่วนของขนาดเส้นผ่าศูนย์กลางความหนาของแผ่นมีขนาดใหญ่มากสถานการณ์ทั่วไปที่แพร่หลายในอุปกรณ์ MEMS จำนวนมากโดยเฉพาะ CMUTs เราแก้ปัญหาแผ่นบางสมไฟฟ้าสถิตยืดหยุ่นโดยใช้เทคนิคที่เหลือ Galerkin น้ำหนักภายใต้สมมติฐานว่า ections ชั้นเดอมีขนาดเล็กเมื่อเทียบกับความหนาของแผ่น การประเมินผลของแรงไฟฟ้​​าสถิตระหว่างสองสาย platesissimpli edduetothefactthattheelectrostaticgapismuch มีขนาดเล็กกว่าขนาดที่ด้านข้างของอุปกรณ์ ผลที่ได้รับเมื่อเทียบกับที่พบจากการจำลอง ANSYS และข้อตกลงที่ดีเยี่ยมเป็นที่สังเกตระหว่างคนทั้งสอง ดึงแรงดันไฟฟ้าที่คาดการณ์โดยรูปแบบของเราอยู่ใกล้กับค่าที่คาดการณ์โดยการจำลอง ANSYS

ผลลัพธ์ (ไทย) 3:

ส่วนประกอบโครงสร้างที่ใช้งานของ micromachinedultrasonictransducer capacitive ( cmut ) isthetopplatewhich สั่นใต้ในfl uence ของเวลาแรงไฟฟ้าสถิตงบผลิตของคลื่นอัลตร้าซาวด์ความถี่ที่ต้องการในรอบปานกลางการวิเคราะห์ของ MEMS อุปกรณ์ซึ่งอาศัยไฟฟ้าสถิตการที่มีความซับซ้อน เนื่องจากว่ารูปร่างโครงสร้างเปลี่ยนแปลงบังคับไฟฟ้าสถิต ซึ่งแจกจ่ายและปรับเปลี่ยนประยุกต์โหลด ดังนั้นจึงกลายเป็นขวางเพื่อพิจารณาโครงสร้างการเชื่อมต่อด้านไฟฟ้าสถิตในการออกแบบของอุปกรณ์เหล่านี้บทความนี้เสนอวิธีการวิเคราะห์โดยประมาณสำหรับสถิต เดอ fl ection แผ่นหนีบจานวงกลมที่เกิดจากไฟฟ้าสถิต ซึ่งกำลังเป็นอย่างโดยเนื้อแท้แบบไม่เชิงเส้น ผ้า จึงไนท์ธาตุจำลองใช้ซอฟต์แวร์เชิงพาณิชย์เช่น ANSYS เป็นลูกจ้างเพื่อกำหนดโครงสร้าง เดอ fl ections เกิดจากไฟฟ้าสถิต กองกำลังตั้งแต่ละมั่ง จึง structuraldeformationalterstheelectrostatic acoupled ละมั่ง , - จึงต้องจำลองซึ่งเป็นตาข่ายไฟฟ้าสถิต continuouslyupdatedtocoincidewiththede fl ectionofthestructure.such จำลองเป็นเวลาแสนนาน นอกจากจะ nontransparent และค่อนข้างยากที่จะใช้ .เราจ้างคลาสสิกแผ่นบางทฤษฎีที่เพียงพอ เมื่ออัตราส่วนของเส้นผ่านศูนย์กลางความหนาของจานมีขนาดใหญ่มาก สถานการณ์โดยทั่วไปที่แพร่หลายในอุปกรณ์มากมาย รวมทั้ง โดยเฉพาะ cmuts . เราแก้แผ่นยางไฟฟ้าสถิตโดยใช้สมการถ่วงน้ำหนัก กาเลเหลือเทคนิคภายใต้สมมติฐานว่า เดอ fl ections ที่มีขนาดเล็กในการเปรียบเทียบกับความหนาของจาน การประเมินการบังคับไฟฟ้าสถิตระหว่างสอง platesissimpli จึง edduetothefactthattheelectrostaticgapismuch เล็กกว่าขนาดด้านข้างของอุปกรณ์ ผลลัพธ์ที่ได้เมื่อเทียบกับที่พบจาก ANSYS จำลอง และข้อตกลงที่ยอดเยี่ยมเป็นที่สังเกตระหว่างสองการดึงในแรงดันไฟฟ้าที่คาดการณ์โดยรูปแบบของเราอยู่ใกล้กับค่าที่ทำนายจาก ANSYS จำลอง .