از آنجاییکه تحلیل دینامیکی میکروتیر ها به اعمال ولتاژ آنی به کرات در میکروسوئیچها،اپتیکالها ،دانسیته مترها ،میکروسنسورها و مورد استفاده قرار می گیرد لذا بررسی خواص سیال و ویژگیهای هندسی سیستم می توان در طراحی میکروساختارها مورد توجه قرار گیرد و تغییرات اعمالی کنترل شود.
شکل (4-14) تاثیر خواص سیال واسط بر روی پاسخ گذرای سیستم مورد ارزیابی قرار می دهد.در این شکل پاسخ دینامیکی سیستم به ازای ولتاژ ثابت 10 ولت برای سیالهای مختلف مورد مقایسه قرار گرفته است..شکل (4-14-الف) نتایج سیستم را در نمودار تاریخ زمانی و شکل (4-14-ب) نتایج را در نمودار فازی به ازای ولتاژ پله ثابت نشان می دهد.دانسیته مورد استفاده در این نمودار ها بر طبق جدول (4-4)، در بازه 556kg/m3تا 1584 kg/m3انتخاب شده است که دانسیته بسیاری از سیالهای مورد استفاده در صنعت می باشد.این شکل که پاسخ پایدار سیستم می باشد با تغییر سیالهای مختلف، متناسب با جرم افزوده بشدت پریود سیستم را تغییر می دهد.همانطور که در شکل دیده می شود با در نظر گرفتن زمان ثابت تغییراتی در تغییرمکان نوک تیر به ازای ولتاژ ثابت اتفاق می افتد که این تغییرات قوی ناشی از ضریب دی الکتریک سیال می باشد.بعبارتی می توان گفت افزایش دانسیته سیال و ضریب دی الکتریک منجر به افزایش دامنه نوسانات نوک تیر و افزایش پریود سیستم می شود.
بعنوان مثال ،گرچه دانسیته بنزن به مراتب کمتر از کربن تتراکلراید است و ضریب دی الکتریک آن فقط بمقدار ناچیزی کمتر از کربن تتراکلراید است(مطابق جدول 4-2) اما پریود و دامنه نوسانات نوک تیر بمقدار کمی بیشتر از کربن تتراکلراید است.
(الف)
(ب)
شکل 4-14) پاسخ گذرای تیر در تداخل با سیالهای مختلف الف)تاریخ زمانی ،ب)فازی
پاسخ میکرو تیر که تحت شرایط اولیه صفر و ولتاژ ناگهانی بکار رفته،تا زمانیکه ولتاژ تحریک پایین است، پاسخ بصورت نوسانی است اما زمانیکه تحریک از ولتاژ pull-inبالاتر رود، پاسخ غیر نوسانی خواهد شد. پاسخ های متناوب در رزوناتورها مورد استفاده قرار می گیرد و پاسخ های نامتناوب بعنوان عملگرهای دیجیتال نظیر سوییچ ها مورد استفاده قرار می گیرند.
با افزایش ولتاژپله پدیدهناپایداریاتفاق می افتد.بداین صورت کهبا افزایش ولتاژ پله، فاصله بین الکترود متحرک و ثابت کاهش یافته و در نهایت میکروتیر یا الکترود متحرک با الکترود ثابت برخورد کرده و ناپایداری رخ می دهد.
شکل (4-15) تاثیر سیالهای مختلف را بر روی زمان و ولتاژ ناپایداری نشان می دهدلذا با انتخاب سیال مناسب می توان زمان و ولتاز ناپایداری را که پارامتری بسیار مهم در طراحی میکروسوئیچ ها است کنترل کرد.
(الف)
(ب)
شکل4-15) پدیده pull-in برای تیر در تداخل با سیالهای مختلف الف)نمودار تاریخ زمانی ،ب)فازی
چگالی سیال و ضریب دی الکتریک دو پارامتر مهم در انتخاب نوع سیال برای بررسی ناپایداری سیستم ارتعاشی می باشند.برای اینکه بوضوح تاثیر ضریب دی الکتریک را در پاسخ گذرای سیستم مشاهده کنیم از شکل (4-16) استفاده می کنیم. در این شکل چند سیال را بصورت رندم انتخاب کرده ایم که دانسیته آنها در بازه (0-1586)استو ولتاژ pull-in یا ناپایداری را به ازای سیالهای مختلف بدست آوردیم.لذا با توجه به داده های جدول (4-4) می توان نتیجه گیری کرد که ضریب دی الکتریک سیال بیشتر از دانسیته سیال بر ولتاژ pull-in سیستم تاثیر میگذارد.
شکل 4-16)مقایسه سیالهای مختلف بر روی ولتاژ pull-in
با در نظر گرفتن اتانول بعنوان سیال واسطه،نمودار های تاریخ زمانی و فازی برای میکروتیر یکسرگیردار، قبل و بعد از پدیده pull-inدر شکل (4-17) ترسیم شده است.همانطور که واضح است تفاوت بین منحنی های (1و2و3) با (4و5و6)می باشد که قبل از پدیده pull-in منحنی ها بصورت پریودیک و متناوب و دوایر فازی مطابق با مرکز موقعیت تعادل می باشند و در هنگام pull-in و بعد از آن منحنی ها غیر متناوب شده و جدایش در منحنی های فازی رخ می دهد.همانطور که در منحنی های فازی مشخص است در لحظه ای که pull-in اتفاق می افتد سرعت الکترود متحرک صفر شده که حاکی از صفر بودن انرژی جنبشی در این لحظه دارد.
زمانیکه ولتاژ پله افزایش یابد دامنه نوسان نوک تیر افزایش و فرکانسهای سیستم کاهش می یابد تا مادامی که ولتاژ به مقدار بحرانی برسد آنگاه منحنی ها غیر متناوب شده و جدایش در منحنی ها رخ می دهد که نشان از تماس تیر با الکترود دارد یا بعبارتی ناپایداری در سیستم اتفاق می افتد.از آنجاییکه زمان اتفاق افتادن pull-in پارامتری مهم در کنترل سیستم می باشد با پیدا کردن نقطه pull-in می توان از آن در طراحی میکروسوئیچ ها استفاده کرد.
(ب)
(الف)
شکل4-17) پاسخ گذرای تیر در تداخل با سیال اتانول با اعمال ولتاز پله مختلف الف)تاریخ زمانی ،ب)فازی
علاوه بر خواص سیال که بر روی پاسخ دینامیکی سیستم تاثیر گذارند،خواص هندسی سیستم نیز از پارامترهای مهم در طراحی میکروساختارها است چرا که با تغییرات پارامترهای هندسی، زمان و ولتاژ بحرانی تغییر کرده و بر روی فرکانسهای سیستم اثر می گذارد.
شکل (4-18) و (4-19) تاثیر تغییرات طول تیر را بر روی پاسخ دینامیکی سیستم نشان می دهد.شکل (4-18) پاسخ گذرای سیستم را به ازای ولتاژ پله، قبل از ولتاژ بحرانی نشان می دهد و شکل (4-19) پاسخ گذرای سیستم را بعد از ولتاز بحرانی نشان می دهد.قبل از اینکه ناپایداری رخ دهد کاهش طول تیر منجر به کاهش نوسانات نوک تیر و افزایش فرکانس سیستم می شود.از طرفی کاهش طول تیر منجر به این میشود که ناپایداری یا پدیده pull-in در ولتاژهای بالا اتفاق افتد و سرعت ماکزیمم در نوک تیر افزایش یافته و pull-in زودتر اتفاق می افتد.