COMSOL v5.0_超声波放大器~MEMS压电机构
压电MEMS超声换能器阵列声场研究
Ｒｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ Ｏ ｉ ｌ Ｓ ｏ ｕ ｎｄ Ｆｉ ｅ ｌ ｄ ｏ ｆ Ｍ ＥＭ Ｓ Ｐｉ ｅ ｚ ０ ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｉ ｃ Ｕｌ ｔ ｒ ａ ｓ ｏ ｎｉ ｃ
Ｔｒ ａ ｎｓ ｄ ｕ ｃ ｅ ｒ Ａｒ ｒ ａ ｙ
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Comsol软件介绍
Comsol软件介绍我不是做广告的啊COMSOL介绍COMSOL Multiphysics多物理关注前沿科技，解决多场直接耦合难题——COMSOL Multiphysics助您登上科学的巅峰COMSOL Multiphysics是一款大型的高级数值仿真软件。
广泛应用于各个领域的科学研究以及工程计算，被当今世界科学家称为“第一款真正的任意多物理场直接耦合分析软件”。
模拟科学和工程领域的各种物理过程，COMSOL Multiphysics以高效的计算性能和杰出的多场双向直接耦合分析能力实现了高度精确的数值仿真。
COMSOL公司于1986 年在瑞典成立，目前已在全球多个国家和地区成立分公司及办事机构。
COMSOL Multiphysics起源于MATLAB的T oolbox，最初命名为Toolbox 1.0。
后来改名为Femlab 1.0（FEM为有限元，LAB是取自于Matlab），这个名字也一直沿用到Femlab 3.1。
从2003年3.2a版本开始，正式命名为COMSOL Multiphysics。
COMSOL Multiphysics以其独特的软件设计理念，成功地实现了任意多物理场、直接、双向实时耦合，在全球领先的数值仿真领域里得到广泛的应用。
在全球各著名高校，COMSOL Multiphysic已经成为教授有限元方法以及多物理场耦合分析的标准工具，在全球500强企业中，COMSOL Multiphysic被视作提升核心竞争力，增强创新能力，加速研发的重要工具。
2006年COMSOL Multiphysics再次被NASA技术杂志选为"本年度最佳上榜产品"， NASA技术杂志主编点评到，"当选为 NASA科学家所选出的年度最佳CAE产品的优胜者，表明COMSOL Multiphysics是对工程领域最有价值和意义的产品。
"COMSOL Multiphysics显著特点求解多场问题= 求解方程组，用户只需选择或者自定义不同专业的偏微分方程进行任意组合便可轻松实现多物理场的直接耦合分析。
COMSOL Multiphysics 软件在超声无损检测中的应用
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120k
22
COMSOL Conference 2009 ,上海
瞬态分析-换能器的瞬态行为
| 假定对压电片施加一电压脉冲，压电片PZT-5H，宽 6mm，厚1mm。
压电、液固耦合
Z
23
Y
COMSOL Conference 2009 ,上海
模拟结果－时间切片
压电片内多次振动 特别是横向的多次反射 辐射的声波持续时间很长
COMSOL Conference 2009 ,上海
COMSOL MULTIPHYSICS 在超声无损检测 仿真中的应用
王浩
王浩
胡文祥
同济大学声学研究所
1
5-Jan-10
COMSOL Conference 2009 ,上海
概要
1. 超声无损检测简介 2. 声场仿真
声波成分分析 声波与缺陷的相互作用
接收： 接收换能器位置的声压p积分 提取100个点波形叠加
0.5MHz Degree of freedom：7.6w Element:2.3w 耗时：2小时
耦合设定：
Solid: Fx=-p*nx_acpn
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Fy=-p*ny_acpn
Liquid:
an=nx_acpn*utt+ny_acpn*vtt
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COMSOL Conference 2009 ,上海
测量波形及B-MODE图像
选取有、无缺陷两个测量点波形比较
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no defect
1
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0.5
0
Lamb CS+SC SS
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defect
-1
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COMSOL MEMS模块介绍
中仿科技---专业信息化软件及技术咨询公司 CnTech Co.,Ltd--- Leading Engineering Virtual Prototyping Solutions Provider
info@
微流体：对微小流体的控制
流体滑动(Ku #)：非连续分子效应 电动效应：电渗、电泳、AC电渗、介电泳、电热效应 流固耦合：流体驱动结构变形、结构体影响流体流动，直接双向耦 合，ALE变形网格 磁场/Lorenz力驱动流体： ferro-hydrodynamics 旋转或移动物体：旋转式混合器、微搅拌器 多孔介质流
微流器件
微流传输问题
中仿科技---专业信息化软件及技术咨询公司 CnTech Co.,Ltd--- Leading Engineering Virtual Prototyping Solutions Provider
info@
MEMS模块应用领域
info@
(*需要化学工程模块或地球科学模块支持)
中仿科技---专业信息化软件及技术咨询公司 CnTech Co.,Ltd--- Leading Engineering Virtual Prototyping Solutions Provider
中仿科技---专业信息化软件及技术咨询公司 CnTech Co.,Ltd--- Leading Engineering Virtual Prototyping Solutions Provider
info@
MEMS中预定义耦合
薄膜阻尼结构体 热-固耦合 热-电-固耦合 声-固耦合 流-固耦合 电渗流 传质流 焦耳热 每个模块预定义的耦合 任意应用模式自由组合
广义层流 – Stokes流(非惯性) – 不可压缩流 – 弱可压缩流(微压缩效应) – 多孔介质流* 传热 – 对流与传导 – 非等温流 – 自然/强迫对流 传质 – 对流与扩散 – 多溶质对流与扩散
COMSOL Multiphysics MEMS模块介绍
COMSOL Multiphysics MEMS模块介绍
微机电系统（MEMS）的设计与模拟是一个独特的学科。
在微尺度下，设计必须考虑多物理的影响。
例如电磁-结构、热-结构、流体-结构（FSI）的相互作用是谐振器，传感器，执行器，压电，以及微流体系统设计中的典型问题。
MEMS模块可用于求解结构力学、微流体、电磁场问题及这些物理场间的任意耦合问题。
此外，微机电系统模块还能用于求解静电驱动、压电材料、微流、薄膜阻尼、FSI、焦耳热与热膨胀、两相流等问题。
基于COMSOL Multiphysics的核心能力，微机电系统模块几乎可以用于求解微尺度下的所有问题。
应用领域：
∙加速度计
∙执行器
∙悬臂梁和其它开关
∙生物医学传感器
∙DNA芯片、片上实验室
∙微通道中流固耦合
∙微通道中两相流
∙喷墨
∙MEMS声换能器
∙MEMS电容器
∙MEMS热传感器
∙微反应器、微泵、微混合器
∙微波传感器
∙MOEMS、VCSELS
∙压电、压阻器件
∙射频MEMS器件
∙传感器
∙声表面波传感器和滤波器
微混合器
MEMS电梳的模拟结果，颜色显示电场分布，而“梳子”本身位移则表现几何形状的变化
挤压膜气体阻尼
MEMS生物芯片上的电渗泵，通过对输出端的压强进行参数分析研究电解质在泵体内流动
状况
喷墨打印机墨滴在空气中的运动
压电材料的电梯按钮：压电材料在机械力的作用下会改变自身的电阻系数
MEMS器件Q因子的估算。
COMSOL_MEMS-Microfluidics2011-07-15
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方程及边界条件
绝缘：-n∙J=0
无约束
电势：V=V0=0.2V
电势：V=0
热通量：q=h∙(Text-T)
固定：u=0
固定：u=0
恒温：T=T0=323K
Infinitely Closer to Re恒al 温：T=T0=323K
无限接近真实！
结果分析
位移与变形
Infinitely Closer to Real 无限接近真实！
Infinitely Closer to Real 无限接近真实！
结果分析
参数化分析
Infinitely Closer to Real 无限接近真实！
MEMS典型案例：表面声波 气体传感器
• 底层：压电陶瓷LiNbO3 • 中间层：叉指换能器（电信号-声波-电信号） • 顶层：聚异丁烯（吸收二氯甲烷）
MEMS产品周期
器件设计 • 器件的结构，工作原理
制造工艺设计 • 由于MEMS制造的特殊性，
器件必须能由成熟的工艺 制造
系统设计 • MEMS为一个整体系统
Infinitely Closer to Real 无限接近真实！
COMSOL Multiphysics
MEMS仿真特性
系统级 仿真
器件 仿真
2011年Webinar计划
时间
2011.3.15 2011.3.31 2011.4.22 2011.5.13 2011.6.3 2011.6.24 2011.7.15 2011.8.12 2011.9.23 2011.10.14
基于COMSOL Multiphysics的新型压电驱动器仿真分析
1 新型压电驱动器工作原理
新型位移放大压电驱动器主要包括压电陶瓷叠 堆和弹性外框袁 其中弹性外框的弹簧钢由 60Si2Mn 材料制作袁大大增加了其刚度遥 压电陶瓷叠堆驱动器 受到预紧力作用固定在弹性外框内[4]袁如图 1 所示遥
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图 1 新型压电驱动器工作结构图
收稿日期：2019-01-03 作者简介：李 旭渊 1983-冤 袁男袁辽宁本溪人袁讲师袁本科袁主要从事机电控制技术研究遥
Equipment Manufacturing Technology No.04袁2019
基于 COMSOL Multiphysics 的新型 压电驱动器仿真分析
李旭
渊 海沧区职业中专学校袁福建 厦门 361021冤
摘 要：激光扫描器是一种光学距离传感器袁通常需要很好的高频特性袁而一般激光扫描器很难达到这种要求袁针对此问 题袁设计一种基于 C O M SO L M u ltip h y sics 的新型压电驱动器遥 压电驱动器作为激光扫描器的核心部件袁它的性能很大程 度上影响了激光扫描器的性能遥 选用 C O M SO L M u ltip h y sics 多物理场耦合软件袁并采用有限元方法对新型压电驱动器进 行仿真袁分析了其特征频率尧频域尧瞬态特性遥特征频率尧频域特性分析得到了新型压电驱动器的固有频率袁瞬态分析得到 了其随时间变化的位移图袁并通过与传统压电驱动器的仿真比较袁得出了其具有更好的高频动态特性尧 更大的位移放大 率的优点遥 关键词：压电驱动器曰C O M SO L M u ltip h y sics曰有限元仿真分析曰瞬态分析曰机 - 电耦合
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叶 装备制造技术曳 2019 年第 04 期
基于COMSOL的超声相控阵无损检测算法与仿真技术研究
头分布有N个阵元，其中，Δs为相邻两个阵元之间的声程差；d为相邻两个阵元中心之间的距离；θ为声波偏转后与法线的夹角。
那么，第n个阵元相对于第其中，C为超声波束在介质中的速度。
图1超声相控阵声束偏转图为了提高检测的准确性，通常采用声束聚焦检测微小缺陷[6，8]。
如图2中，第i个阵元距离中心距离为x i，聚焦深度为F，已知声速为C，则该阵元距离焦点P的距离为声程差为：由此可得第n个阵元的延时值为：其中，t0是为了避免延时为负数加的一个时间常数按照公式（2）和（6）设置阵元发射延迟即可使得声束发生聚焦偏转现象，聚焦偏转也可按一定的数学方法进行叠加。
图2超声相控阵声束聚焦图1.2缺陷计算算法对于缺陷位置、尺寸的计算，常规超声检测采用的是脉冲回波法，即根据发射与接收信号确定缺陷与探头的相对位置。
普通探头应用此种方法一般只能检出缺陷存在的位置深度，而超声相控阵的偏转扫查，则可以尽可能多的扫查缺陷，得到更多的回波信号，获得更全面的缺陷信息，为缺陷重构提供依据。
图3阵元发射声波与接收图示如图3所示，阵元发射超声波在缺陷表面发生反射，反射波可以通过原阵元接收，也可通过其他阵元接收。
通过脉冲反射回波图可以得知超声波在介质中从发射到接收走过的总路程。
若阵元自发自收，那么以发射阵元中心为圆心，求得的距离作圆弧，理论上此圆弧与缺陷必相切；若超声波反射回波由其他阵元接收，那么发射阵元中心与图4几何作图确定缺陷通过以上分析可以得到超声相控阵无损检测零件缺陷仿真的一种重构算法：通过超声相控阵理论计算并建立超声相控阵有限元模型，得到不同发射角度下N组脉冲回波波形图，提取第n次发射波峰时间坐标T0n，反射波峰时间坐标T1n，C为超声在介质中的声速，可得第n次脉冲声程为：（7）若反射回波由发射阵元接收，则以发射阵元中心为圆心，以Ln为直径作圆弧；若反射回波由非发射阵元接收，则以发射阵元中心与接收阵元中心为两个焦点，Ln为长轴作椭圆弧。
mems压电超声换能器二维阵列的制备方法-概述说明以及解释
mems压电超声换能器二维阵列的制备方法-概述说明以及解释1.引言1.1 概述概述部分的内容可以从MEMS 压电超声换能器的定义和应用领域入手。
以下是可能的概述内容：MEMS 压电超声换能器是一种基于微机电系统（MEMS）技术制备的压电器件，可以将电能转换为超声波能量或将超声波能量转换为电能。
它由压电材料和微机电系统技术组成，具有小尺寸、高灵敏度、低功耗等优势。
因此，MEMS 压电超声换能器在医学影像、无损检测、气体传感、通信等领域有着广阔的应用前景。
随着科技的快速发展和人们对高精度传感和通信的需求不断增加，MEMS 压电超声换能器的研究和制备方法也得到了广泛关注。
本文将重点介绍MEMS 压电超声换能器二维阵列的制备方法，即通过将多个单元换能器组合成阵列来实现更高的灵敏度和分辨率。
在接下来的章节中，我们将详细介绍MEMS 压电超声换能器的工作原理和二维阵列的制备方法。
通过对其结构和工作原理的深入理解，我们可以更好地把握制备方法的关键技术和难点，为后续的研究和应用提供理论指导和技术支持。
通过本文的研究，我们旨在为MEMS 压电超声换能器的制备方法提供一个系统性的总结和分析，并探讨其优势和应用前景。
我们也将对未来的研究方向进行展望，希望能够进一步提高MEMS 压电超声换能器的性能和功能，以满足不断增长的高精度传感和通信需求。
1.2 文章结构本文分为引言、正文和结论共三个部分。
在引言部分，首先对MEMS压电超声换能器进行了概述，介绍了其基本概念和特点。
然后对文章的结构进行了说明，包括各个部分的内容以及它们在整篇文章中的作用。
最后，明确了本文的目的，即介绍MEMS压电超声换能器二维阵列的制备方法。
在正文部分，首先对MEMS压电超声换能器进行了详细介绍。
其中，2.1节对其原理进行了阐述，包括了压电效应和超声换能原理。
2.2节则介绍了MEMS压电超声换能器的工作原理，包括其结构和工作过程。
最后，在2.3节中，详细讲解了MEMS压电超声换能器二维阵列的制备方法，包括所需材料、器件结构设计、加工工艺等。
利用COMSOL模拟磁声成像技术
研究背景及意义
• 2005年，美国明尼苏达大学的Bin He教授提出的感应式磁声成像技术 （Magneto-acoustic Tomography with magnetic induction，简称MAT-MI） 理论上成像的空间分辨率可达到0.3mm
声波方向
成像体 目标体 静磁场脉冲磁场 超 Nhomakorabea探头阵列
在 S12上
电磁场正问题分析
A-Φ法
采用伽辽金形式的加权余量法，可建立对应瞬态电磁场边值问题的有限元离 散化方程，用矩阵形式表示为
N j N j dv 0 A V 0 0 A N j dv N dv V j V t V N j J s dv N j dv N j dv 0 V1 V1 t
令
t
K A D A F
t
采用两点差分时步法
n 1 D n 1 D n 1 n n n K A F 1 F 1 K A t t
声场正问题分析
• 2007年，有学者提出：
引发的超声信号主要由电导 率界面上的电导率差异产生， 信号强度取决于电导率沿径 向方向的微分
• 2009年，有学者提出：
在两种媒质边界上电导率不 连续，在边界上，需要应用 积分公式来解决
J B dV J B dS
V 0 S 0
A2
B2 R2 40mm B2
r z B1 A1 A2 B2 (0,0)
B2
声场逆问题分析
压电mems超声波马达及应用
压电mems超声波马达及应用
压电MEMS超声波马达是一种利用压电效应的微型无刷马达。
压电效应是指在某些材料中，当施加电场或机械力时，会产生机械变形或产生电荷；反之，当施加机械力或施加电场时，会产生电荷或机械变形。
利用这种效应，可以将电能转化为机械能或将机械能转化为电能。
压电MEMS超声波马达的工作原理是利用压电材料在施加电
场后产生机械振动，从而产生超声波。
它结合了微机电系统（MEMS）的制备技术和压电材料的特性，可以制造出微型化、高效率的超声波发生器。
压电MEMS超声波马达的应用非常广泛。
其中一种主要应用
是在医疗领域中的超声波成像。
通过使用压电MEMS超声波
马达产生超声波，并利用超声波的回波来获取人体组织的映像，实现医药领域的诊断和治疗。
另外，压电MEMS超声波马达还可以应用于无线通信领域。
通过利用超声波产生声波信号，并通过调制、解调等技术来实现声波信号的传输和接收，从而实现无线通信。
此外，压电MEMS超声波马达还可以应用于精密仪器的振动
传感和驱动，例如精密仪器的自动对焦、悬浮显示屏等。
总的来说，压电MEMS超声波马达具有体积小、功率密度高、响应速度快等优点，逐渐成为微型马达技术的重要发展方向，并在医疗、通信、精密仪器等领域得到广泛应用。
基于MEMS的压电超声微换能器的设计、仿真和实验
I
ABSTRACT
ABSTRACT
The research object in this thesis is piezoelectric micromachined ultrasonic transducer (pMUT) for mobile phones and other portable mobible multimedia devices due to its directional sound emitting which is expected to sovlve both the noise pollution and personal privacy issue when using micro-loudspeakers in these devices in public space. In this thesis, the design considerations for pMUT are showed and followed with both transducer element and array optimization. The fabricating process and performance tests are given too. For the element optimazation, mechanics models are set up to analyze the relationship between the membrane amplitude and electromechanical coupling coefficient by discussing tope electrode size and the thickness ratio of PZT/Si layer. The obtained optimizing structure is analized by ANSYS to verify that whether it is suitble for the working frequence and bandwidth requirement. By establishing a linear array of point-source model, the array of discrete line is optimized, which is derived from the array of normalized directivity function, so as to bring in non-dimensional factor of the main lobe width, and then discuss both the element number and spacing to balance the sound directivity and emitting efficiency. This thesis also details PZT/Si bonding technology based on MEMS fabrication using the aforementioned optimizaing structure parameters. Three key technologies were elaborated further: the precise bonding for PZT bulk ceramics and SOI substrate, the thinning of PZT ceramics and the etching of PZT. The experimental results show that pMUT obtains good microstructure and ferroelectric properties, but frequency response and acoustic properties are not ideal. 30dB audible sound pressure is obtained at 20cm distance and the micro-speaker has weak directivity at 53.6kHz carrier frequency. The thesis also discusses the factor for the not-so-good acoustic properties of pMUT: fabricating process, circuit-channel design, transducer package and test methods. keywords: pMUT, PZT/Si bonding, directional micro-loudpeaker
电容式微机械超声换能器线阵的设计及超声成像
()引 言
电 容 式 微 机 械 超 声 换 能 器 （C M U T ) 是一种 静电式超声换能器，由微机械加工工艺制备完成。 因 为 微 电 子 机 械 系 统 （M E M S ) 技术的飞速发展, C M U T 的制备也越来越成熟。与传统的压电超声 换 能 器 相 比 ，C M U T 具 有 体 积 小 、可 集 成 度 高 、 灵敏度高、可靠性高、频带宽、成 本 低 、功 耗 低 、 易于批量制造等优势['_4]，因此在水下超声成像中 获得了人们的重视，在医学超声成像、无损检测、 海洋探测等领域获得广泛的应用[5]。
的研究才刚刚起步，基础比较薄弱。天津大学的张 慧等人[U1]设 计 了 中 心 频 率 为 1.8 M H z 、8 阵元的 空 气 耦 合 C M U T 阵 列 ；中北大学的张文栋团队["] 设计了用于水下成像的4(>() k H z 的 C M U T , 测试 之后取得良好的成像效果。在 超 声 成 像 中 ，声场 的优劣是影响目标成像清晰度的主要因素，而声 场的优劣又主要取决于换 能器 阵列的 结构 ，因此 阵列结构的设计优化非常重要。针 对 C M U T 线 阵 水 下 成 像 的 应 用 需 求 ，本 文 从 线 阵 的 成 像 分 辨 率 的 角 度 考 虑 ，通 过 M A T L A B 仿 真 研 究 C M U T 线阵的声场特性，研究了线阵的不同参数对成像 分 辨 率 的 影 响 ，提 出 了 一 种 针 对 C M U T 线阵的 成像方 法，通过仿真实验验证不同结构的线阵对 散射点的成像效果，最 后 搭 建 水 下 测 试 系 统 ，测 试 了 设 计 的 C M U T 的 收 发 性 能 和 成 像 性 能 。此 研究对C M U T 线阵的结构设计和超声成像系统 的设计具有重要意义。
电容感性负载驱动——超声功率放大器 功率放大器常见问题解决方法
电容感性负载驱动——超声功率放大器功率放大器常见问题解决方法随着电子试验室的测试讨论升级，很多试验测试都需要用到信号源、示波器、超声功率放大器等测试仪器，压电陶瓷晶片是一种结构简单且灵活的电学器件，当电压作用于压电陶瓷时，就会随电压和频率的变化产生机械变形；在很多测试中驱动都需要高电压、大功率。
电容性负载驱动：压电器件电压放大器当振动压电陶瓷时，则会产生相应电荷。
压电陶瓷晶片适合机械形变、振动、次声波、声波和超声波和次声波的产生和检测，具有灵敏度高，无磁场散播外溢，不用铜线和磁铁，成本低耗电少，便于大量生产等优点而获得了广泛应用。
常见的压电器件包括：压电陶瓷片、压电传感器、压电换能器等。
ATA—2000系列是一款理想的可放大交、直流信号的超声功率放大器。
大差分输出1600Vp—p （800V）高压，可以驱动高压型负载。
电压增益数控可调，一键保存常用设置，为您供应了便利简洁的操作选择，同时双通道高压放大器输出还可同步调整，可与主流的信号发生器配套使用，实现信号的放大。
电感性负载驱动：磁场线圈亥姆霍兹线圈，是指假如有一对相同的载流圆线圈彼此平行且共轴，通以同方向电流，当线圈间距等于线圈半径时，两个载流线圈的总磁场在轴的中点相近的范围内是均匀的。
亥姆霍兹线圈紧要用途是，产生标准磁场；霍尔探头和各种磁强计的定标；地磁场的补偿；磁屏蔽效果的判定；空间辐射磁场的测量和排出；物质磁特性的讨论；生物磁性的讨论等等。
ATA—3000系列功率放大器是一款理想的可放大交、直流信号的功率放大器。
大输出功率810W，可以驱动功率型负载。
电压增益数控可调，一键保存常用设置，为您供应了便利简洁的操作选择，可与主流的信号发生器配套使用，实现信号的放大。
功率放大器原理如何？高频功率放大器用于发射机的末级，作用是将高频已调波信号进行功率放大，以充分发送功率的要求；然后经过天线将其辐射到空间，保证在确定区域内的接收机可以接收到充分的信号电平，并且不干扰相邻信道的通信。
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步驟１１ 元件1>右鍵固體力學，選取固定約束，在固定約束1中，先選取 Ｆixed，再選取邊界編號17、23
步驟1２ 元件1>右鍵靜電>選取終端，在終端1中，選取邊界編號13，終 端類型選取電壓
元件1>右鍵按靜電，選取終端，在終端1中，選取邊界編號8， 終端類型選取電壓
步驟1３ 元件1>右鍵按靜電，選取接地，在接地1中，選取邊界編號9和 12
Drop Diameter, m
材料性質
放大器 : p-type的[1 1 0]單晶矽的材料常數 因為p-type的壓阻係數在[110]方向是最大的，在本範例使用 p-type的[1 1 0]單晶矽，只須透過設定一個材料的座標(旋轉 45度)即可使用該內定的材料常數 旋轉座標系統:a角轉動p/4
超音波霧化放大器
皮托科技
PZT兩邊 施加電壓
模型介紹
固定
Tip端產生比Base端 多兩倍的位移
2倍傅立葉放大器(Si) Base端(Si) PZT
分析步驟: 透過特徵頻率分析，劃出節點位置，尋找產生前後振動500kHz 放大器
兩倍
串接N個
放大率=2N
實際成品
14sec 56sec 34sec 42sec 26sec 0.07sec 64sec
設定固定端的邊界為一個群組，並更名成Fixed
元件１＞幾何１
步驟8 元件1>右鍵按材料，選取新增材料
在新增材料視窗中，展開MEMS，點選Silicon，按下新增至單 元件，再展開壓電>點選PZT-5H，按下新增至單元件
步驟9 元件1>材質>PZT，選取區域編號２和３
步驟10 元件1>右鍵壓電，選取線性彈性材料，在線性彈性材料２中， 選取區域1和Horn，選取旋轉系統2和異相性
步驟14：建構網格 元件１＞按網格１，選取更多操作＞任意三角形，選取面編號 ４,15,31,35
元件１＞網格１>按任意三角形15，建構掃描網格 元件１＞網格１＞掃描１，選取分佈後，按建立選定的
步驟16，開始分析模態 搜尋方法選區域，輸入範圍450e3~550e3後，按計算，開始分 析
網格亦完成陣列動做
步驟 2３~新增一個研究，進行相關計算
步驟２４
步驟２５：以3節的horn來觀看其放大倍率
步驟２６
多節放大器分析
透過簡單的幾何陣列複製，即可完成多節放大器的模型建構 Comsol針對幾何的陣列複製，連同材料、邊界條件和網格一併
放大倍率＝２Ｎ Ｎ=3 放大倍率=8
步驟２１：修改參數Ｎ＝３
步驟 ２２
元件１＞右鍵按幾何１，選取轉換＞陣列，選取前端的Horn 尺寸、位移如圖設定
檢查材料、邊界是否完成陣列
在內建的模態形狀圖，找到工作模態的頻率(491kHz)，按下繪 製，顯示該平率的模態圖
步驟1７：顯示動態模態 結果＞撥放器
分析頻域
步驟18，新增一個研究 在新增研究視窗，選取頻域
步驟1９，設定頻率範圍 元件１＞研究２，按下 ，選取值的數量，範圍如圖中輸入， 然後按下計算，開使分析
步驟２０，計算頻率應函數，平均Tip端的位移值
步驟3： 選擇研究類型點選特徵頻率，並點選完成
則進入設定模式如下圖
步驟4：匯入參數 定義＞Pi參數
步驟5 元件1>右鍵按定義，選取座標系統>轉座標系統
步驟6:匯入幾何 元件1>右鍵按幾何1，選取載入
２
1
３
步驟7:透過把原先的放大器和邊界條件設為群組 元件1>右鍵按選擇區，選取明確顯則區，選取前端Horn的幾何 並把明確顯則區更名成Horn
霧化情形
Tip端
(b)
霧化產生粒徑(486kHz)
Horn's frequency = 486kHz and Pump flow rate = 10m/min
100 90 80 70
MMD VMD ( m) ( m) 7.0 7.0
SMD ( m) 7.0
Volume Percent
60 50 40 30 20 10 0 0.1 1 10 100
操作步驟
步驟1： 在電腦的桌面點選Comsol的 後，會開啟Comsol並進入精靈 設定的視窗，如下圖，點選模型精靈，進入選擇空間維度視窗， 選取3D，進入下一個選取模式
步驟2： 新增物理量選取並展開結構力學>壓電元件，點選左下角的新增。 選定之後，所選擇的模型會選入選定的物理內，並點選研究進 入下一個選取模式。