Rezgő tömeggel ellátott kantilever struktúrák tervezése

A kutatás távlati célkitűzése egy miniatűr, önellátó energiaforrással és vezeték nélküli kapcsolattal rendelkező érzékelő fejlesztése. A környezeti rezgésekből való energiakinyerés új és izgalmas lehetőségeket nyújt a mikro- és nanoméretű, alacsonyfogyasztású eszközök energiaellátására. A hagyományos elemek, telepek nem lesznek hátráltató tényezők a tervezésnél és karbantartásnál, ugyanis ezek helyét átvehetik az „örökké tartó” MEMS generátorok. Az MFA MEMS Laborban előkísérleteket kezdtünk meg az önellátó energiatermelő MEMS egység megalkotására. Az energiaszüretelő egység (energy harvester) terveink szerint piezoelektromos rezgő nyelvekből állna, melyet a mikrotechnológia eszköztárával valósítanánk meg.

A tömeggel ellátott rezgő nyelv felveszi a környezet rezgéseit, és a rezgések folyamán a piezoelektromos rétegben a töltésszétválasztás révén elektromos energiát szolgáltat a szenzornak. Fontos, hogy a rendszer sajátfrekvenciája a környezeti rezgésekkel egy tartományban legyen (~100Hz), ezért az első feladat meghatározni az ideális geometriai kialakítást és szimulációkkal becsülni a sajátfrekvenciát.

Ebben a munkában részletesen lesz szó rezgő karok rezonanciájával kapcsolatos szimulációkról. A legegyszerűbb eset az egyrétegű, félhíd alakú geometria, amire tervezni nagyon egyszerű, készen kapott egyenletekkel rendelkezünk hozzá. A helyzetet már kicsit bonyolítja, amennyiben nem egy, hanem kettő rétegből áll a kar, amikre a végeselem szimulátorok jó közelítést tudnak adni, ám idő- és memóriaigényesek, hogy folyamatosan velük tervezzünk.

További problémákat okoz az az eset, amikor a félhíd geometriától eltérünk, például L, vagy spirál alakban „behajlítjuk”. Viszont ez esetekben futóparamétereket alkalmazva vizsgálhatjuk a rezonanciafrekvenciák trendjét, amikre modelleket illeszthetünk, végül pedig mérési kísérlet alapján meggyőződhetünk azok helyességéről.

Az elvégzett szimulációk ismertetése mellett minden problémakörhöz bemutatásra kerül egy maszkterv, aminek megvalósításával legyártható egy teszt struktúra a kísérletek elvégzéséhez.

Legvégül pedig egy általános maszkterv kerül bemutatásra, amivel egyszerre többféle geometriai struktúrát is lehet tesztelni, egymással összehasonlítani a legvégső, optimális geometria meghatározásához.

szerző

• 
  Bárkányi István
  villamosmérnöki
  nappali

konzulensek

• 
  Dr. Pongrácz Anita
  kutató, Automatizálási és Alkalmazott Informatikai Tanszék
• 
  Dr. Mizsei János
  Egyetemi tanár, Elektronikus Eszközök Tanszék

helyezés