Коли я говорю про «інтернеті речей» (системі контролю фізичних об'єктів через інтернет), я в основному думаю про датчиках і інших мікроелектромеханічних системах (МЕМС) і пристроях, які забезпечують роботу всієї цієї техніки. Розміри цих крихітних пристроїв зазвичай складають від декількох мікрон і до міліметра. Вони здатні бачити, чути і вимірювати параметри навколишнього середовища, запускати будь-яку дію чи записувати дані, відправляти їх куди потрібно. МЕМС-датчики включають в себе гіроскопи, акселерометри, мікродзеркала, датчики тиску, температури і вологості. Прямо зараз тільки в безпосередній близькості від мене знаходяться МЕМС-датчики фітнес-трекера, смартфона, ноутбука і електричного чайника. МЕМС-датчики є невід'ємною частиною перспективних систем Connected Soldiers і Connected Cars .
Для того, щоб виконувати свою роботу по забезпеченню взаємодії людини з інтернетом речей, мікроелектромеханічні системи повинні функціонувати так, як очікується, і тоді, коли очікується. Розробники і виробники повинні бути впевнені, що їх датчики і МЕМС-пристрої забезпечують потрібні робочі характеристики, незважаючи на їхні маленькі розміри, складний пристрій і жорсткі запити ринку, що вимагає нових та інноваційних розробок в найкоротші терміни. На щастя, моделювання в ANSYS може допомогти розробникам у вирішенні цих завдань. Більше інформації ви можете дізнатися з матеріалів вебінару про інтернет речей - «Моделювання датчиків і МЕМС за допомогою ANSYS» ( IoT: Modeling Sensors and MEMS with ANSYS ), Який відбувся 16-го червня.
Найбільш вражаючим в МЕМС-пристроях є їх крихітний розмір, який і представляє основну трудність при розробці та випробуваннях. є чудові фотографії МЕМС-пристроїв від Sandia National Laboratory , На деяких з них для масштабу відображений павутинний кліщ. Фотографії демонструють, наскільки крихітними і складними є МЕМС. Виробничі труднощі в цьому діапазоні розмірів легше долаються з використанням найсучасніших технологій, таких як 3D-друк і передові досягнення виробництва напівпровідників. Виготовлення крихітних прототипів і подальше вимір їх робочих характеристик є, м'яко кажучи, складним завданням. На щастя, аналіз в ANSYS не має обмежень на розміри і дозволяє зрозуміти особливості роботи конструкції на тих масштабах, де натурні випробування цього не дозволяють.
Надано Sandia National Laboratories, Summit ™ Technologies, www.sandia.gov/mstc
Розуміння роботи МЕМС пристроїв вкрай важливо, тому що вони складно влаштовані. Їх робота залежить від взаємодії між механічними і електричними силами. Спроби проводити спостереження і фізичні вимірювання цих сил для отримання потрібних характеристик скрутні. Разом з тим, поліпшити робочі характеристики, не маючи достовірних даних про них, практично неможливо. На щастя, завдяки комп'ютерному моделюванню можна оцінити взаємодію між механічними і електричними силами, передбачити характер роботи та характеристики пристрою. Тут слід зазначити, що ANSYS відноситься до тих програмних продуктів, які дозволяють точно і достовірно моделювати складні завдання, пов'язані із взаємодією різних фізичних ефектів.
Розподіл напружень по гіроскопа в гармонійному аналізі
Для забезпечення цілісності розробки, дані по кожному пристрою можуть бути використані для оптимізації всього продукту в цілому. Це дуже важливо, так як датчики і інші МЕМС-пристрої повинні надійно працювати в широкому спектрі експлуатаційних умов і навіть при наявності пошкоджень. На сайті тієї ж Сандійской національної лабораторії є відеоролики, в яких МЕМС-пристрої переживають зустріч з попелиць або павутинним кліщем . І справді, МЕМС-пристрої, в залежності від призначення, повинні бути здатні переносити зустріч з невеликими комахами, нагрів, підвищену вологість, вібрації і корозійні середовища. Деякі МЕМС-пристрої, щоб виконати своє призначення, повинні витримувати катастрофічні умови - подумайте про МЕМС в космосі або про датчиках, які служать для моніторингу повітря при катастрофах. Необхідно надзвичайно багато часу і грошей для проведення фізичних випробувань при більш ніж декількох режимах роботи. Через це розробникам і виробникам МЕМС необхідно розставляти і комбінувати режими роботи в порядку значимості. На жаль, при такому підході щось може бути втрачено. Моделювання, об'єднане з оптимізацією, дозволяє вивчити вплив на робочі характеристики МЕМС широкого діапазону режимів роботи і параметрів навколишнього середовища. Використання ANSYS для моделювання МЕМС відкриває нові шляхи для подолання фізичних обмежень і дає можливість створювати інноваційні розробки.
джерело: http://www.ansys-blog.com/mems-design-challenges/
Автор: Chris Wolfe
МОЖЛИВО ЦЕ вас зацікавлять:
Рішення для моделювання технологій «розумного будинку»
Концепція автоматизованого будинку ( «розумного будинку») була озвучена більше 80 років тому, але спроби технічної
