当大多数人想到调谐叉时，就会想到音乐，因为该设备的共鸣频率用于调整仪器。作为MEMS从业人员，您更有可能想到可以通过加入两个调谐叉结构来形成的微型陀螺仪。质量生产的MEMS陀螺仪为测量应用中的角速度（例如YAW速率传感器，用于汽车系统中的滑雪控制）提供了负担得起的选项。我们可以使用仿真测试这些设计并为机械系统优化它们的设置。
mems陀螺仪
正在考虑的MEMS设备本质上由两个组成调谐叉共同充当率陀螺仪。这两个元素由压电材料组成。在此处讨论的模型的情况下，材料是石英。
速率陀螺仪会感觉到系统的旋转运动和角速度。在这种压电速率陀螺仪中，调谐叉的谐振模式用于产生测量信号。
使用了两种共振模式：
- 驱动模式
- 感官模式
这两种模式是陀螺仪的驾驶和感测方面。在运行中，调谐叉以驱动模式的共振频率驱动，该电场通过沉积在驱动齿状表面上的电极施加的电场。驱动齿在调谐叉平面中振动，xy-飞机。在感官模式下，感官尖端从调谐叉平面上振动，沿着z- 轴改为。该位移在下面的一组图像中显示。
在驱动模式（左）和感官模式（右）中，调谐叉插脚的位移方向。
平面外感觉模式运动是由科里奥利力当陀螺仪周围旋转y-轴。这反向压电效应用于驱动平面模式，而平面外运动则由直接的压电效应。
本质上，这些不同的部分可以帮助系统检测偏斜的方向以及自我校正，以稳定或平衡方向。平衡有助于确保安全性并避免在选择机械系统中损坏，同时在其他人中实现适当的方向。这种能力是在某些防滑控制系统中使用MEMS陀螺仪的原因，以及在翻转检测中。
设置ComsolMultiphysics®模型
如上所述，当系统旋转时，一个压电速率陀螺仪会感觉到。在此模型中，我们通过简化的分析模拟系统如何运行。
在对ComsolMultiphysics®软件中的压电速率陀螺仪进行建模时，添加了安装设备的特定旋转主体的旋转参考框架。这是通过添加旋转框架节点。建立了参考框架的属性后，您可以选择通过选择相应的复选框来计算科里奥利的力量。科里奥利力使调谐叉在感觉模式的平面运动外运动振动。
根据设备的压电材料Quartz的晶体轴，需要以特定方式对调谐叉上的电极进行图案。这很重要，以便驱动齿在适当的方向上弯曲，并从感官尖端隔离并清晰地提取感官信号。
这静电物理接口提供驱动电压，并通过电极拾取感官电压。电极会产生电场，以驱动调谐叉的面板内弯曲运动。从某种意义上说，电极模式检测到感官模式的平面运动。结构力学和静电通过压电效应多物理节点。
提示：开发模型时，有时最初使用更粗的网眼是有利的，以便快速获得结果。然后，您可以返回并创建一个更好的网格以生成更准确的结果。使用粗网格时，它有助于以对称方式构造几何形状，并使用复制和粘贴功能来构建对称网格，从而保留物理的对称性。
结果与讨论
结果表明，给定角速度随驱动频率的函数以及固定驱动频率的感觉电压随角速度的函数而变化了多少。
左：感官电压与驱动频率。右：感官电压与角速度。
仿真使您可以更有效地找到最佳设计，因为您可以在不使用原型的情况下调整任何目标。使用Comsol Multiphysics，您可以模拟现实生活中的用途来测试特定设计并为您的特定系统优化它们。
自己尝试
试用压电速率陀螺仪教程模型：
评论（0）