Оптимизация переменного конденсатора гребенчатого типа для микроэлектромеханического преобразователя энергии
19.01.2015

Совокупность достижений в микроэлектронике, микросистемной технике и радиотехнике в настоящее время позволяет создавать беспроводные сенсорные сети (БСС), состоящие из множества датчиков и исполнительных устройств, объединенных между собой посредством радиоканала. Для работы узлов БСС необходимы надежные автономные источники питания, традиционные же батареи и аккумуляторы требуют периодической замены или подзарядки, что не всегда осуществимо из-за труднодоступности узлов БСС и их большого числа. Источники питания, позволяющие извлекать энергию из окружающей среды непосредственно на месте функционирования узлов БСС, являются наиболее привлекательной альтернативой батареям и аккумуляторам. Вследствие распространенности и доступности источников механических колебаний, а также совместимости процессов интегральной технологии и технологии микроэлектромеханических систем (МЭМС) наиболее подходящим является использование емкостных (электростатических) микроэлектромеханических преобразователей (МЭМП) (генераторов) механической энергии в электрическую. Принцип их действия основан на изменении заряда или напряжения на обкладках переменного конденсатора при модуляции его емкости с помощью механических колебаний. В работе исследуются зависимости отношения максимальной и минимальной емкостей гребенчатого переменного конденсатора от геометрических параметров электродов. С помощью пакета ANSYS проводится моделирование конструкции исследуемого переменного конденсатора с изменением площади перекрытия электродов с различной шириной пальцев и толщиной электродов. Анализ показывает, что полученные зависимости емкости от смещения состоят из системы максимумов и минимумов, положение которых меняется при изменении ширины пальцев и толщины электродов. Установлено, что максимум отношения между максимальной и минимальной емкостью, определенный при малой толщине электродов, с ее ростом смещается в сторону меньших ширин пальцев. Показано, что без существенного изменения размеров переменного конденсатора можно добиться увеличения выходной мощности МЭМП энергии более чем в 2 раза.

Блум К.Е., Остертак Д.И. Оптимизация переменного конденсатора гребенчатого типа для микроэлектромеханического преобразователя энергии // Доклады Академии наук высшей школы Российской Федерации. – 2015. – № 1(26). – C.20-30.

DOI: http://dx.doi.org/10.17212/1727-2769-2015-1-20-30

УДК: 621.3.049.77.002.5

Скачать полный текст