طراحي و شبيه سازي حسگر نيروي دو حالته كوارتزي

كريستال كوارتز مادهاي پيزوالكتريك است و با اعمال ولتاژ متناوب، مي‌توان در آن ارتعاش مكانيكي ايجاد كرد. فركانس طبيعي اين ارتعاش با اعمال تنش و تغيير دماي كريستال تغيير مي‌كند. به همين علت از اين كريستال در ساخت انواع نيروسنج‌ها و حسگرهاي دمايي استفاده مي‌شود. در اين مقاله يك حسگر نيروي ديجيتال بر اساس اثر نيروفركانس در كريستال كوارتز با برش آ.تي طراحي و شبيه‌سازي شده است. اين حسگر در دو مود كاري قابل فعال‌سازي است. در مود اول، حساسيت حسگر نسبت به نيرو بيشينه است. در مود دوم خطاي دمايي حسگر كاهش مي‌يابد. خروجي حسگر با تركيب روش المان محدود و مدل‌سازي رياضي بدست آمده است. جهت ارزيابي مدل از مطالعات تجربي پيشين درباره ضريب نيرو-فركانس استفاده شده است. همچنين اثر زوايا و طول لبه تكيه‌گاه‌هاي اعمال نيرو بر خطاي دمايي حسگر و حساسيت آن در مودهاي كاري بررسي شده است. خروجي حسگر در بازه دمايي صفر الي صد درجه سانتيگراد بدست آمده است. حسگر دو حالته طراحي شده، امكان افزايش تفكيك پذيري و دقت اندازه‌گيري را در دماي اتاق و كاهش خطاي اندازه‌گيري در دماهاي غير دماي اتاق را مي‌دهد.