基於輪廓圖方法之微機電慣性感測器最佳化設計

Abstract

隨著微機電慣性感測器已深入各領域中，其商用之產品，如：陀螺儀(Gyroscope)、加速度計(Accelerometer)等等商品充斥於整體市場，但深入其設計方法不難發現，由於此類裝置之幾何複雜性，多數這類慣性感測器，在設計階段皆仰賴於有限元素法；其根本原因即為因為其繁雜之取捨關係(Trade-off)，導致任何一點的幾何參數調整，都可能起到牽一髮動全身之效果，往往在無提前設想的情形下，調整設計只造成更大的混沌；因此多透過有限元素法來反覆驗證與試驗結果，便是設計方法之大宗；但其耗時耗費不茲，且當有新的設計需要調整時，往往就需要更多嘗試，對於設計者來說，也不夠直觀使用，彷彿只是將參數丟入黑盒子內便能得到答案，難針對特定目標優化。故本研究希望透過輪廓圖(Contour plots)方法來改善此一問題，其架構為首先了解該裝置之問題定義 (幾何參數、製程限制、規格等等)，再透過其相關之物理方程式，從物理的角度上，細分拆解這些參數，並同時利用數值計算，將大量的設計點位透過數學軟體計算，得出每種組合之解，再透過物理之特性，將其結果依據變數劃分。便能得到特定物理量對幾何參數之輪廓圖，利用輪廓圖清晰，趨勢明顯，可多重疊加之特性，協助設計者找出符合目標之設計。