شکل ۴-۵۶ منحنی جابجایی دیافراگم بر حسب استرس دیافراگم ۱۲۱
شکل ۴-۵۷ منحنی جابجایی دیافراگم بر حسب ضخامت شکاف هوایی ۱۲۲
شکل ۴-۵۸ منحنی جابجایی بر حسب ضخامت دیافراگم ۱۲۳
شکل ۴-۵۹ منحنی جابجایی بر حسب اندازه دیافراگم ۱۲۴
شکل ۴-۶۰ منحنی ظرفیت خازنی بر حسب فشار ۱۲۴
شکل ۴-۶۱ منحنی ظرفیت خازنی بر حسب استرس دیافراگم ۱۲۵
شکل ۴-۶۲ منحنی ظرفیت خازنی بر حسب ضخامت شکاف هوایی ۱۲۶
شکل ۴-۶۳ منحنی ظرفیت خازنی بر حسب ضخامت دیافراگم ۱۲۶
فهرست جداول
جدول ۲-۱ مشخصات سنسور فشار خازنی ۳۷
جدول ۲-۲مشخصات سنسور فشار خازنی ۴۱
جدول ۴-۱ پارامترهای فیزیکی ساختار ممزی سنسور خازنی فشار چشم ۸۶
جدول ۴-۲ پارامترهای فیزیکی سنسور فشار ۹۲
جدول ۴-۳ مقایسه نتایج حاصل از محاسبات ریاضی و شبیه ساز ۹۲
جدول ۴-۴ پارامترهای طراحی ساختار سنسور خازنی فشار چشم با دیافراگم p++si 94
جدول ۴-۵ نتایج شبیه سازی ساختار سنسور خازنی فشار چشم با دیافراگم p++si 94
جدول ۴-۶ پارامترهای طراحی ساختار سنسور خازنی فشار چشم با دیافراگم پلی‌سیلیکون ۹۸
جدول ۴-۷ نتایج شبیه سازی ساختار سنسور خازنی فشار چشم با دیافراگم پلی‌سیلیکون ۹۸
جدول ۴-۸ پارامترهای طراحی ساختار سنسور خازنی فشار چشم با دیافراگم شیاردار پلی‌سیلیکون ۱۰۲
جدول ۴-۹ نتایج شبیه سازی ساختار سنسور خازنی فشار چشم با دیافراگم شیاردار پلی‌سیلیکون ۱۰۲
جدول ۴-۱۰ مقایسه سنسورهای فشار خازنی در حالت clamped 111
جدول ۴-۱۱ مقایسه نتایج شبیه سازی سنسور فشار چشم ۱۱۱
جدول ۴-۱۲ پارامترهای طراحی ساختار سنسور فشار خازنی چشم با دیافراگم پلی‌سیلیکون و p++si در حالت slotted 118
جدول ۴-۱۳ نتایج شبیه سازی ساختار سنسور فشار خازنی چشم با دیافراگم پلی‌سیلیکون و p++si در حالت slotted 119
جدول ۴-۱۴ مقایسه پارامترهای فیزیکی دو ساختار سنسور فشار خازنی چشم با دیافراگم پلی‌سیلیکون در حالت slotted و clamped 127
جدول ۴-۱۵ مقایسه نتایج شبیه سازی سنسور فشار چشم با دیافراگم پلی‌سیلیکون در حالت slotted و clamped 127
جدول ۵-۱ مقایسه نتایج ۱۳۰
فصل اول: کلیات طرح
۱-۱ مقدمه
مسئله اصلی تحقیق عبارت است از طراحی و تحلیل سنسور فشار خازنی بر پایه تکنولوژی MEMS و بررسی این مسئله که به چه میزان می‌توان حساسیت سنسور را جهت اندازه‌گیری فشار کره چشم افزایش داد؟
در این تحقیق سنسور فشار خازنی بر پایه تکنولوژی MEMS جهت اندازه‌گیری فشار داخل چشمی بررسی می‌شود. این سنسور در داخل چشم بیماران آب سیاه کاشته می‌شود تا بتوان فشار داخل چشمی[۱] را به صورت مداوم و پیوسته مشاهده کرد.
MEMS مخفف Micro Electro Mechanical Systems می‌باشد. تکنولوژی MEMS برای ایجاد قطعات مجتمع شده کوچک مانند میکروسنسورها و یا سیستم هایی که مولفه های مکانیکی و الکتریکی را با یکدیگر تر کیب می‌کنند، به کار می روند. سنسورهای فشار که با بهره گرفتن از تکنولوژی MEMS ساخته می‌شود، دارای اندازه کوچک، هزینه کم و عملکرد بسیار خوبی هستند. اندازه اجزاء ساخته شده از چند میکرومتر شروع شده و تا چند میلیمتر گسترش می‌یابد[۱].

سنسور فشار خازنی[۲] یک مکانیزم معمول برای سنسور فشار می‌باشد. این نوع سنسورها از دو صفحه الکترود موازی تشکیل می‌شوند. صفحه الکترود بالایی خازن، دیافراگم نام دارد و حساسیت زیادی به فشار خارجی از خود نشان می‌دهد. با اعمال فشار خارجی دیافراگم تغییر شکل داده ، فاصله بین دو الکترود کم می‌شود و در نتیجه ظرفیت خازن زیاد می‌شود.
صفحات خازن بگونه ایست که یک صفحه الکترود به صورت ثابت قرار دارد (الکترود زیرین[۳]) در حالیکه دیافراگم نسبت به آن حرکت می‌کند. طبق فرمول (۱-۱) کم و یا زیاد شدن فضای بین دو صفحه به تغییر ظرفیت خازنی می انجامد. شکل ۱-۱ شماتیک مقطع عرضی سنسور فشار خازنی را نشان می‌دهد.
(۱-۱)
ε ثابت دی الکتریک ماده بین دیافراگم و صفحه پایین، A مساحت موثر الکترود های خازن و d فاصله بین آن دو می‌باشد.

شکل ۱-۱ شماتیک مقطع عرضی سنسور فشار خازنی
در این تحقیق به بررسی سنسور فشار خازنی قابل کاشت در چشم با بهره گرفتن از تکنولوژی MEMS می‌پردازیم. این سنسور داخل چشم بیماران گلوکوما جهت مانیتور کردن فشار چشم کاشته می‌شود و به پزشکان کمک می‌کند تا بیماری گلوکوما را بهتر درمان کنند و پیشینه کامل تری از فشار داخل چشمی ( IOP ) در اختیار داشته باشند. در سنسورهای فشار چشم، فشار اعمال شده به دیافراگم سنسور، از طریق مایع چشم (زلالیه) صورت می‌گیرد و جابجایی چند میکرونی در دیافراگم ایجاد می‌کند. اندازه‌گیری فشار کره چشم اصولا برای بیمارانی که از بیماری آب سیاه (گلوکوما) رنج می‌برند، اهمیت زیادی دارد. معمولا گلوکوما ناشی از بالا رفتن فشار داخل چشمی و بد عمل کردن چشم اتفاق می‌افتد. بیماری آب سیاه معمولا بدون علائم است و ممکن است بیمار تا مرز نابینایی برود. این در حالیست که بیمار درد و یا نشانه قابل ملاحظه ای را تجربه نمی‌کند[۲].
سنسور فشار معرفی شده یکی از سه مولفه بکار گرفته شده در سیستم اندازه‌گیری فشار چشم می‌باشد. مولفه دوم واحد جمع آوری و پردازش اطلاعات می‌باشد و مولفه سوم پایگاه داده مرکزی که کلیه اطلاعات ضبط شده را نگهداری می‌کند (شکل ۱-۲). مدار اولیه (واحد پردازش اطلاعات) و مدار ثانویه (سنسور) از طریق کوپلینگ سلفی به یکدیگر ارتباط برقرار می کنند. مدار اولیه مرتبا سیگنال پریودیک تولید کرده و آن را به مدار ثانویه ارسال می کند. سیگنال ارسال شده مدار ثانویه را تحریک کرده و نتیجه این تحریک به مدار اولیه باز می گردد و خصوصیات مدار اولیه را تغییر می‌دهد. اندازه‌گیری پاسخ فرکانسی سیگنال پریودیک در مدار اولیه اطلاعاتی را در رابطه با ظرفیت خازنی سنسور و در نهایت فشار اعمال شده به دیافراگم می‌دهد. (ظرفیت خازنی سنسور ارتباط مستقیم با فشار اعمال شده به سنسور دارد.)

شکل ۱-۲ چگونگی ارتباط واحد جمع آوری اطلاعات و واحد پایگاه داده مرکزی با سنسور کاشته شده
در این پروژه به فاز اول طراحی سنسور خازنی فشار چشم می‌پردازیم. فاز دوم شامل ساخت قطعه و فاز سوم شامل طراحی واحد DAP و پایگاه داده می‌باشد که جزء برنامه های آینده است.
مهمترین مسئله که از اهمیت زیادی برخوردار است حساسیت سنسور است. در صورتی که دیافراگم از حساسیت قابل قبولی برخوردار نباشد به خوبی نمی‌تواند جابجا شود و در نتیجه ظرفیت خازن به میزان کمی تغییر خواهد کرد.
پارامترهای مهم برای طراحی سنسور فشار عبارتند از:

    • میزان ظرفیت خازن
    • شکل دیافراگم
  • میزان انحراف دیافراگم
موضوعات: بدون موضوع  لینک ثابت


فرم در حال بارگذاری ...