بهینه سازی ساختارمیکروفن خازنی جدید با دیافراگم قورباغه ای جهت افزایش حساسیت و کاهش ولتاژ تغذیه

نوع مقاله: مقاله برق

نویسندگان

1 دانشگاه صنعتی نوشیروانی بابل

2 دانشکده مهندسی برق و کامپیوتر، دانشگاه صنعتی نوشیروانی بابل،484، بابل، ایران.

10.22075/jme.2019.15787.1565

چکیده

در این مقاله هندسه و ابعاد یک میکروفن خازنی جدید قورباغه‌ای شکل با استفاده از الگوریتم تجمع ذرات (PSO) برای کاهش ولتاژ تغدیه و افزایش حساسیت بهینه‌سازی شده است. الگوریتم تجمع ذرات روش بهینه سازی تصادفی مبتنی بر جمعیت است که از رفتار اجتماعی پرندگان الهام گرفته‌است که برای حل فضاهای طراحی پیچیده و چندجانبه مورد استفاده قرار می‌گیرد. روش پیشنهادی در این مقاله می‌تواند با بسیاری از طراحی‌های قطعات ماشینکاری میکرونی دیگر سازگار باشد.این رویکرد نشان دهنده بهبودهایی نسبت به طرح‌های قبلی است که از شیوه طراحی معمول (روش‌های تقریبی مبتنی بر سعی و خطا) ساخته می‌شدند. باتوجه به‌این‌که عملکرد میکروفن از جهات مختلف مورد مطالعه قرارمی‌گیرد و پارامترهای طراحی مختلف در مصالحه با یکدیگرند، تعریف تابع هدفی چندمنظوره بسیار مهم است. در این کار، ما تابع هدف را به‌گونه‌ای تعریف کرده‌ایم که هر سه فاکتور فرکانس تشدید، ولتاژ کشش و حساسیت مکانیکی به‌طور همزمان در نظرگرفته شوند. نتایج نشان می‌دهد که میکروفن طراحی شده از عملکرد مطلوبی برخوردار است. درواقع تنها با انتخاب ابعاد بهینه برای طول و عرض بازوها، حساسیت مکانیکی ساختار حدود 4 برابر و حساسیت مدارباز به 2 برابرنسبت به طرحهای پیشین افزایش یافته است و مقدار ولتاژ کشش نیزتقریبا به نصف کاهش یافته است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Design of MEMS Frog shape Microphone with High Sensitivity and low voltage using PSO Algorithm

نویسندگان [English]

  • Bahram Azizollah Ganji 1
  • sedighe babaei sedaghat 2
1 Babol noshirvani university of technology
2 Faculty of Electrical and Computer Engineering, Babol Noshirvani University of Technology, 484, Babol, Iran
چکیده [English]

In this paper, the geometry of a frog- shape MEMS microphone is optimized using a particle swarm optimization technique to reduce bias voltage and to increase sensitivity. The PSO algorithm is a population based stochastic optimization technique that inspired by social behavior of bird flocking, which is used to solve complicated design spaces and multi physical problems. The proposed method in this paper can be adapted to a variety of MEMS device designs. This approach shows improvements over previous designs that were generated from the conventional design approach (approximate methods based on trial and error). Considering that the performance of the microphone is studied in different directions, and various design parameters are in a trade off with each other, the definition of a multi-purpose target function is very important. In this work, we define the target function such that all three factors of resonance frequency, mechanical sensitivity and pull-in voltage should be considered, simultaneously. The results show that the designed microphone has a good performance. Actually, only by choosing optimal dimensions for length and width of frog-shape diaphragm arms, the mechanical sensitivity and open circuit sensitivity of the microphone increased approximately 4 and 2 times respectively, and the pull-in voltage decreased to half approximately.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Frog-shape Capacitive Microphone
  • Micro Electro Mechanical System (MEMS)
  • Spring Constant
  • Particle Swarm Optimization Algorithm(PSO)