مطالعه تحلیلی رفتار میکروحسگر و برد الکترونیکی با پایه تیرتاشو تحت شوک مکانیکی در سامانه‌های هوافضا

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری، گروه مهندسی مکانیک-طراحی کاربردی، دانشگاه شهیدبهشتی، تهران، ایران

2 دانشیار، گروه مهندسی مکانیک-طراحی کاربردی، دانشگاه شهیدبهشتی، تهران، ایران

3 مربی، مهندسی هوا فضا، گروه مهندسی هوا فضا، دانشگاه خواجه نصیرالدین طوسی، تهران، ایران

چکیده

حفاظت از سیستم‌های الکترونیکی در سیم‌های ناوبری هوافضا که تحت شوک مکانیکی هستند، اهمیت بالایی دارد. در این مقاله رفتار یک برد الکترونیکی و میکروحسگر بر روی برد که تحت شوک مکانیکی پایه قرار دارد به صورت تحلیلی مطالعه می‌شود. برد الکترونیکی مورد نظر که حسگر شتاب‌سنج بر روی آن قرار دارد، با استفاده از 5 پایه به بدنه متصل است. پایه‌ها به صورت تیر تاشو طراحی شده‌اند. هدف از این مطالعه بررسی عوامل مختلف بر انتقال شوک مکانیکی پایه به حسگر می‌باشد، به طوری که حسگر کمترین شتاب ممکن را داشته باشد. در این مطالعه حسگر به صورت میکروتیر فرض شده‌است و پارامترهای هندسی و زاویه پایه، برد و حسگر مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج نشان می‌دهد که شتاب مطلق حسگر در اندازه و زوایای مختلف تیر تاشو متفاوت می‌باشد و با افزایش طول تیرهای تاشو و کاهش شعاع پایه قابلیت انتقال شوک کاهش می‌یابد. همچنین پارامتر اندازه مربوط به میکروتیر نیز مورد بررسی قرار گرفته است که نشان می‌دهد با افزایش این پارامتر قابلیت انتقال شوک افزایش می‌یابد. نوآوری این مطالعه در مدل‌سازی همزمان پایه‌های تیرتاشو، برد الکترونیکی و حسگر به صورت سیستم سه درجه آزادی و تحلیل پارامتری انتقال شوک با در نظر گرفتن تأثیر مقیاس در رفتار میکروحسگر می‌باشد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

مراجع

  •    Wang J, Zhang Y, Li H. Review of shock isolation techniques for microelectromechanical systems (MEMS). Sensors. 2020; 20(14):3891
  • Liu C, Zhang Y. Frictional shock absorbers in precision devices: Modeling and experimental validation. J Vib Control. 2018; 24(2):245–258.
  • Lee J, Kim S. Design of a magnetically suspended micro vibration isolator for high-precision equipment. Sens Actuators A Phys. 2019; 290:140–150.
  • Khosrojerdi M, Mahzoon M. Nonlinear stiffness isolation systems: a comprehensive review. Mech Syst Signal Process. 2021; 152:107433.
  • Zhou X, Tong W, Dai L, Wei B. Design of a shock-protected structure for MEMS gyroscopes over a full temperature range. Micromachines. 2023; 14(2):206.
  • Wei B, Tong W, Dai L. Design optimization of folded beam structures for MEMS shock isolation. Microsyst Technol. 2023; 29(5):2111–2120.
  • Zhang X, Chen J, Qian X. Adaptive shock isolation using folded beams with movable supports. J Microelectromech Syst. 2022; 31(3):345–352.
  • Liu Y, Zhang M, Sun H. Experimental evaluation of MEMS accelerometers with folded beam suspensions. J Micromech Microeng. 2021; 31(5):055011.
  • Chen D, Wang R, Lin F. Nonlinear dynamic response of folded-beam MEMS devices under shock loads. J Sound Vib. 2020; 486:115584.
  • Mansour R, Hashemian M, Fathalilou M. Design and simulation of a triaxial MEMS accelerometer using folded beam suspensions. Microsyst Technol. 2023; 29(3):1237–1247.
  • Yoon H. Design and test of folded beam shock isolation structures for MEMS packaging. M.Sc. Thesis, Seoul National University; 2022.
  • Liu J, Hu Z. Dynamic performance analysis of folded beam micro-structures under impact loading. Sens Actuators A Phys. 2023; 351:114089.
  • Kim T, Park Y. Modeling and simulation of MEMS devices using modified couple stress theory. Int J Eng Sci. 2019; 143:103130.
  • Yang F, Chong ACM, Lam DCC, Tong P. Couple stress based strain gradient theory for size-dependent material behavior in microstructures. Int J Solids Struct. 2002; 39(10):2731–2743.
  • Rao SS. Vibration of continuous systems. 2019; John Wiley & Sons.
  • Heidarpour B, Rahi A. Analytical investigation of vibration behavior of damaged micro sensor based on modified couple stress theory. Challenges in Nano and Micro Scale Science and Technology. 2022; 10(1):14-20. doi: 10.22111/cnmst.2023.43988.1232
  • Alexander JE. Shock response spectrum-a primer. Sound and Vibration. 2009; 43(6):6-15.
  • Younis MI, Jordy D, Pitarresi JM. Computationally efficient approaches to characterize the dynamic response of microstructures under mechanical shock. Journal of Microelectromechanical Systems. 2007; 16(3): 628-638.
  • Yan L, Shouhu X, Xinglong G Shock isolation performance of a geometric anti-spring isolator. Journal of Sound and Vibration. 2018 413: 120-143.
  • Ledezma-Ramirez DF, et al. An experimental nonlinear low dynamic stiffness device for shock isolation. Journal of Sound and Vibration. 2015; 347:1-13.

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار