19、基于Scilab和COMSOL的T形悬臂梁设计及PZT基压电扬声器分析

基于Scilab和COMSOL的T形悬臂梁设计及PZT基压电扬声器分析

1. T形悬臂梁设计相关

1.1 引言

空气污染对气候构成重大威胁，其包含的有害污染物会改变空气质量，影响人类和植物的健康。为持续监测这些污染物的积累，需要合适的检测设备。集成电路技术的进步为节省空间的设备发展打开了大门，微机电系统（MEMS）则为高精度制造更小、更灵活的仪器提供了新系统，还能通过定期传输必要数据进行实时分析。

微悬臂梁通过覆盖传感材料薄膜来检测目标分析物。当气体通过梁时，会被传感片吸附。带有压电材料的梁采用静态测量方法，位移会在梁上产生压力，且位移会根据梁上积累的质量而变化。

压电性是指非中心对称结构材料在受到机械应力时积累电能的特性。压电元件能检测悬臂梁的挠度引起的压力变化，并通过电信号的变化做出反应，这有助于提高悬臂梁的灵活性，从而增加传感器的输出和响应能力。

1.2 设计参数

有限元建模（FEM）的参数分析依赖于以下几点：
- 对系统预期解决方案进行定性解释，以审查物理问题。
- 具备基本工程概念的专业知识。
- 对有限元分析程序有良好的理解。

为准确表示原始结构，需要考虑以下方面：
1. 元素类型
2. 元素大小
3. 节点位置
4. 元素数量
5. 物体物理配置带来的简化
6. 无限物体的有限表示
7. 节点编号方案
8. 自动节点生成

悬臂梁的挠度可以通过Stoney公式测量：
[
\partial = 3\delta \left(\frac{1