مدل‌سازی و شبیه‌سازی یک حسگر اندازه‌گیری جریان سیال میکرونی پیزوالکتریکی به‌همراه میکروبازیاب انرژی

Abstract

سیستم‌های میکروالکترومکانیکی به عنوان یکی از فناوری‌های نویدبخش و کارای عصر حاضر می‌تواند انقلاب عظیمی را در محصولات صنعتی و تجاری به‌وجود آورد. پیشرفت روز افزون این فناوری موجب شده‌است تا نیاز به استفاده از حسگرهای خود محرکه (بدون نیاز به منبع تغذیه) روز به روز بیشتر احساس شود. در این مقاله یک حسگر اندازه‌گیری دبی جریان سیال میکرونی متشکل از یک میکروتیر چند لایه متقارن پیزوالکتریکی به همراه میکروبازیاب انرژی مدلسازی و شبیه‌سازی شده‌است. به‌منظور مدل‌سازی این حسگر، کوپل معادلات بین سه محیط مکانیک جامدات، مکانیک سیالات و پیزوالکتریک وجود دارد که در ابتدا معادلات حاکم بر جریان سیال درون میکروکانال به روش حجم محدود حل و نتایج آن در حل المان محدود میکروتیر استفاده شده‌است. برای اطمینان از حل معادلات، مسأله مورد نظر به‌صورت اندرکنش سیال و جامد در نرم‌افزار Com Sol شبیه‌سازی شده‌است. جابجایی سر آزاد میکروتیر در دبی ورودی 60 میکرولیتر بر دقیقه برابر با 5/9 نانومتر بدست آمده‌است که 6/13 درصد با نتایج حاصل از مدل‌سازی اختلاف دارد و ولتاژ تولیدی از هر میکروتیر 30/2 میلی‌ولت می‌باشد.