Estudo analítico do sensor de força MEMS/NEMS para aplicações em micromecânica

Resumo O objetivo deste artigo é projetar, fabricar virtualmente e simular um sensor de força baseado em microcantilever utilizando o software Comsol Multiphysics versão 5.3a para realizar análise analítica de sensores baseados em MEMS/NEMS para aplicações micromáticas. O sensor de força MEMS piezorresistivo tem dimensões da parte fixa de 1000 µm² com altura de 50 µm e a parte móvel possui 600 µm de comprimento, 500 µm de largura e 20 µm de altura. A análise do sensor de força é observada através do traçado de uma curva entre força e tensão, deslocamento e tensão, e sensibilidade. O intervalo de força medido por este sensor vai de 10N a 1 µN, e o resultado da simulação mostra que uma faixa muito ampla de força pode ser medida por este único sensor. A medição de força em micros escala é muito comum em micromecânica para micromanipulação. O sensor de força MEMS simulado possui resolução de 0.1 µN utilizando detecção piezorresistiva, que é uma melhoria em relação ao trabalho anterior. Este intervalo de força, resolução e sensibilidade podem ser utilizados para a aplicação de um microgripper de dois dedos em sistemas micromáticos. Matematicamente, o intervalo de frequência dinâmica para o sensor de força baseado em microcantilever é calculado na faixa de 1.477076 KHz a 467.935969 KHz, juntamente com seus diferentes harmônicos de frequência para força de 10N-100µN. Aqui, o microcantilever é usado para a medição de força utilizando piezorresistores que estão dispostos em técnica de detecção por divisor de tensão para obter maior resolução, sensibilidade e uma faixa ampla e inferior de força.