Analytische Studie des MEMS/NEMS-Kraftsensors für Mikrobotikanwendungen

Zusammenfassung Der Zweck dieses Papiers besteht im Entwurf, der virtuellen Fertigung und der Simulation eines mikrokantileverbasierten Kraftsensors mit der Comsol Multiphysics Software Version 5.3a, um eine analytische Analyse von MEMS/NEMS-basierten Sensoren für mikrobotische Anwendungen durchzuführen. Der piezoresistive MEMS-Kraftsensors hat die Dimensionen des festen Teils von 1000 µm² mit einer Höhe von 50 µm und der bewegliche Teil hat eine Länge von 600 µm, eine Breite von 500 µm und eine Höhe von 20 µm. Die Analyse des Kraftsensors wird beobachtet, indem eine Kurve zwischen Kraft und Spannung, Verschiebung und Spannung sowie Empfindlichkeit gezeichnet wird. Der Bereich der mit diesem Sensor gemessenen Kraft reicht von 10N bis 1 µN, das simulierte Ergebnis zeigt, dass mit diesem einzelnen Sensor ein sehr breiter Kraftbereich gemessen werden kann. Die Kraftmessung im Mikroskalabereich ist in der Mikrobotik für Mikromanipulationen sehr verbreitet. Der simulierte MEMS-Kraftsensors hat eine Auflösung von 0,1 µN durch piezoresistives Sensing, was im Vergleich zur vorherigen Arbeit verbessert wurde. Dieser Kraftbereich, die Auflösung und die Empfindlichkeit können für die Anwendung eines zwei-fingerigen Mikrogreifers in einem mikrobotischen System verwendet werden. Mathematisch wird der dynamische Frequenzbereich für den mikrokantileverbasierten Kraftsensor im Bereich von 1,477076 kHz bis 467,935969 kHz berechnet, zusammen mit seinen verschiedenen Frequenzharmonischen für die Kraft 10N-100µN. Hier wird der Mikrokantilever zur Messung der Kraft unter Verwendung von Piezoresistoren verwendet, die in einer Spannungsteiler-Sensortechnik angeordnet sind, um eine höhere Auflösung, Empfindlichkeit und einen breiten sowie niedrigeren Kraftbereich zu erzielen.