[发明专利]微流道加速度计感应腔设计参数的优化方法

摘要

一种微流道加速度计感应腔设计参数的优化方法，属于传感器领域。本发明的目的是利用有限元分析软件‑COMSOL Multiphysics为基础，对微流道加速度计动、静态特性进行分析，寻找传感器最优性能感测场合的微流道加速度计感应腔设计参数的优化方法。本发明的步骤是建立包含能斯特‑普朗克方程和层流场的三维动态模型，根据微流道感应腔设计尺寸，将上述所建模型内画出所设计的微流道加速度计微流道感应腔三维结构，输入所设计微流道加速度计电解液导电率、相对介电常数、电解液密度、粘滞度这四个参数值等，根据计算结果优化设计参数。本发明方法可以在没有微流道加速度计样品情况下，通过计算机仿真得到某些设计参数，进而了解微流道加速度计反应腔内部情况，通过仿真分析设计参数的情况，加快研发速度，降低研发成本。

主权项

一种微流道加速度计感应腔设计参数的优化方法，其特征在于：(1)建立包含能斯特‑普朗克方程和层流场的三维动态模型，其步骤是：(1‑1)在COMSOL Multiphysics 4.3a建立一个包含能斯特‑普朗克方程和层流场的三维动态模型；能斯特‑普朗克方程为：其中，ci是浓度，t是时间，Di是扩散系数，zi是电荷数，um,j是迁移率，V是电势，F是Faraday常量，是速度向量，Ri是变量生产条件；其中，NV为在电势V下的通量,F是Faraday常量，zi是电荷数，Ri是变量生产条件；其中，zi是电荷数，ci是浓度；其中，是通量，Di是扩散系数，ci是浓度，zi是电荷数，um,j是迁移率，V是电势，F是Faraday常量，是速度向量；其中，F是Faraday常量，zi是电荷数，Di是扩散系数，ci是浓度，um,j是迁移率，V是电势；层流场方程为：其中，ρ是密度，是速度向量，t是时间，是圆柱体长度，T是温度，F是Faraday常量；其中，ρ是密度，是速度向量；(1‑2)在模型中，定义3种变量，分别用α、β、γ表示；(1‑3)在模型中，将预置求解定义为瞬态模式；(2)根据微流道感应腔设计尺寸，在步骤(1)所建模型内画出所设计的微流道加速度计微流道感应腔三维结构，该过程包括以下步骤：(2‑1)在模型中，将长度单元设置为μm，角度单元设置为Degrees；(2‑2)在模型中，以坐标原点(0，0)为起点，沿x轴正方向画直径为τμm，高度依次为εμm，εμm，εμm，ξμm，εμm，εμm，εμm，的圆柱体，分别命名为：a，b，c，d，e，f，g，h，i；(3)输入所设计微流道加速度计电解液导电率、相对介电常数、电解液密度、粘滞度这四个参数值；(4)在能斯特‑普朗克方程中定义电极、电势及边界条件和约束方程：电气绝缘：将圆柱体a，c，e，g，i定义为绝缘体，约束方程为：‑n·NV＝0，无通量的约束方程为：‑n·Ni＝0，其中，n为每摩尔电子所带的电量,Ni为物料种类绝缘体i的通量；电场迁移的约束方程为：设定圆柱体b，h为阳极，电势值为U1，圆柱体d，f为阴极，电势值为U2；(5)层流场中定义入口、出口、流速及边界条件和约束方程：入口方程为：u＝‑U0n，边界条件定义为速度，且定义为方向流入速度，为U0设一初始值；U0为初始电势值；出口方程为：p＝p0，其中，T是温度，p是压力，μ是动力粘度，u是速度场，l是圆柱体长度，边界条件定义为压力，无粘滞应力，为p0设一初始值；p0为压力的初始值；边界条件定义为无滑移；(6)对求解域进行网格剖分，该过程包括以下步骤：(6‑1)对所建的模型进行粗化网格剖分，并对x向、y向、z向的缩放比例进行设置，对穿过删除的控制实体平滑下的迭代数、最大单元深度进行设置；整个模型建立完毕；(7)计算：借助有限元仿真软件仿真求解；(8)计算完毕后在结果中查看并分析计算结果；(9)根据计算结果优化设计参数。