الکترومغناطیس کاربردی

الکترومغناطیس کاربردی

میکرو حسگر میدان مغناطیسی تشدیدی MEMS مبتنی بر نیروی لورنتس با خوانش خازن تفاضلی: مدل سازی ترکیب COMSOL–MATLAB

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
1 دانشیار، گروه فیزیک، دانشگاه پیام نور تهران، تهران، ایران
2 دکتری دانشکده برق و الکترونیک ، دانشگاه شهید رجایی، تهران ، ایران
چکیده
یک میکروحسگر میدان مغناطیسی مبتنی بر فناوری MEMS با ساختار تشدیدی در این پژوهش طراحی و تحلیل شده است. این حسگر از یک صفحه‌ی الاکلنگی، دو تیر پیچشی، چهار تیر خمشی و خازن‌های تفاضلی برای اندازه‌گیری جابجایی ناشی از نیروی لورنتس بهره می‌برد. طراحی و شبیه‌سازی به‌صورت هم‌زمان در محیط دو نرم‌افزار COMSOL و MATLAB انجام شده است تا پارامترهای بحرانی از جمله فرکانس تشدید، تنش مکانیکی، جابجایی و تغییرات خازنی بهینه‌سازی شود. نتایج نشان می‌دهد که در جریان تحریک 22 میلی‌آمپر، بیشینه تنش برابر با 34 مگاپاسکال، تغییرات خازنی 120 پیکوفاراد، و ضریب کیفیت مکانیکی ساختار برابر با 919 به‌دست آمده است. با توجه به ابعاد کوچک، توان مصرفی پایین و دقت بالا، این حسگر برای کاربردهایی نظیر تجهیزات مخابرات بی‌سیم، میکروماهواره‌ها و سامانه‌های ردیابی مغناطیسی مناسب ارزیابی می‌شود.
کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله English

Lorentz-Force-Based Resonant MEMS Magnetic Field Microsensor with Differential Capacitive Readout: Coupled COMSOL–MATLAB Modeling

نویسندگان English

Mohammad Sadegh Akhoundi Khezrabad 1
Maryam Hedayati 2
1 , Department of Physics, Payam Noor University of Tehran, Tehran, Iran
2 PhD, Faculty of Electrical and Electronics. Shahid Rajaee University, Tehran, Iran
چکیده English

A Lorentz-force-based magnetic field microsensor using a MEMS resonator structure is designed and analyzed in this study. The sensor utilizes a seesaw plate, two torsional beams, four flexural beams, and differential capacitive sensing to detect displacement caused by the Lorentz force. The design and simulation are performed simultaneously using COMSOL and MATLAB to optimize critical parameters, including resonant frequency, mechanical stress, displacement, and capacitance variation. The results show that at an excitation current of 22 mA, the maximum stress is 34 MPa, the capacitance change reaches 120 pF, and the mechanical quality factor is 919. Given its compact size, low power consumption, and high sensitivity, the proposed sensor is suitable for applications such as wireless communication systems, microsatellites, and magnetic tracking systems.

کلیدواژه‌ها English

"
MEMS magnetic field microsensor"
differential capacitive readout, high quality factor"
, "
COMSOL–MATLAB"

مقالات آماده انتشار، پذیرفته شده
انتشار آنلاین از 24 شهریور 1405

  • تاریخ دریافت 25 مرداد 1404
  • تاریخ بازنگری 15 دی 1404
  • تاریخ پذیرش 16 بهمن 1404
  • تاریخ انتشار 24 شهریور 1405