Details

Работа посвящена исследованию модели чувствительного элемента планарного пьезоакселерометра на основе PZT и выявлению особенностей электромеханических процессов пьезоэлемента. Цель работы – разработка модели чувствительного элемента планарного пьезоакселерометра на основе PZT. Для достижения данной цели были поставлены следующие задачи: 1. Обзор литературных источников по теме работы. 2. Построение модели акселерометра, получение зависимости электрического потенциала от ускорения и ЭДС от толщины ЧЭ. 3. Оценка влияния геометрии балок на ЭДС ЧЭ и распределение потенциала по структуре и распределение механической напряженности. 4. Оценка термомеханического и электрического шума в температурном диапазоне. Сравнение отклика с работами других авторов. В результате исследования получена модель ЧЭ планарного пьезоэлектрического акселерометра, использовались методы математического моделирования и сравнительного анализа. В результате исследования получены: оптимальные геометрические параметры конструкции, электромеханические зависимости, характеристики пьезоакселерометра. Новизна заключается в анализе и в подходе к проектированию МЭМС-акселерометров на пьезоэлектрическом принципе. Область применения – высокочувствительные MEMS-акселерометры для систем мониторинга вибраций, робототехники и т.п. В работе использовалось ПО: COMSOL Multiphysics, Microsoft Word.

Object of study is the sensitive element of a planar piezoelectric accelerometer. The subject of the study is the electromechanical processes occurring in the PZT-based sensitive element under mechanical load. The aim is to develop a model of the sensitive element of a planar PZT-based piezoelectric accelerometer. The following tasks were solved: 1. A review of literary sources on the topic of the work was conducted; 2. A model of the accelerometer was built, obtaining the dependencies of electric potential on acceleration and EMF on the thickness of the sensing element 3. The influence of beam geometry on the sensing element EMF, potential distribution across the structure, and mechanical stress distribution was assessed; 4. Thermomechanical and electrical noise in the temperature range were evaluated, and the response was compared with the works of other authors. As a result of the study, a model of the sensing element of a planar piezoelectric accelerometer was obtained. Mathematical modeling and comparative analysis methods were used. As a result of the study, optimal geometric parameters, electromechanical dependencies, and characteristics of the piezoelectric accelerometer were obtained. The novelty lies in the analysis and approach to designing piezoelectric MEMS accelerometers. The field of application is highly sensitive MEMS accelerometers for vibration monitoring, robotics, etc. The following software was used: COMSOL Multiphysics, Microsoft Word.