A Novel Micro-cantilever Based Angular Speed Sensor Controlled Piezoelectrically and Tuned by Electrostatic Actuators

A. Shah-Mohammadi-Azar; R. Shabani; G. Rezazadeh

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A Novel Micro-cantilever Based Angular Speed Sensor Controlled Piezoelectrically and Tuned by Electrostatic Actuators

机译：新型微悬臂角速度传感器的压电控制和静电致动器的调谐

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In this paper a novel sensor is proposed to measure rotational shaftsrnspeed. The sensor is composed of a micro-cantilever, with a piezoelectric actuatorrnlayer on the upper surface and a sensor layer on the lower surface. The sensor isrnattached to the shaft while the deflection of the micro-cantilever, due to centrifugalrnforce of the rotating shaft, is actively controlled. Therefore the sensor deflection isrnsuppressed and the controller output or the piezoelectric actuating voltage is employedrnto measure the angular speed of the shaft (Force balance technique). Thernmicro-cantilever is symmetrically located between two electrodes giving it a widerrnoperating range and also increasing its sensitivity. Imposing different electrostaticrnbias voltages alters the equivalent stiffness of the structure and consequently affectsrnthe micro-beam deflections and the controller outputs. Simulation results reveal thatrnfor lower velocities the resolution increases by increasing the bias voltages. It isrnshown that decreasing the micro-beam length increases the measurable velocityrnrange and conversely decreasing the electrodes gap decreases the maximum measurablernspeed.

机译：本文提出了一种新颖的传感器来测量旋转轴的转速。该传感器由微悬臂梁组成，在其上表面具有压电致动器层，在其下表面具有传感器层。传感器安装在轴上，同时主动控制由于旋转轴的离心力引起的微悬臂梁的偏转。因此，传感器的偏转被抑制，并且控制器的输出或压电致动电压被用于测量轴的角速度（力平衡技术）。微型悬臂梁对称地位于两个电极之间，从而使其具有更大的传感器工作范围，并提高了灵敏度。施加不同的静电偏置电压会改变结构的等效刚度，因此会影响微束的偏转和控制器的输出。仿真结果表明，对于较低的速度，分辨率可以通过增加偏置电压来提高。结果表明，减小微束长度会增加可测速度范围，反之，减小电极间隙会减小最大可测速度。

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来源
《Sensing and imaging》 |2015年第1期|8.1-8.14|共14页
作者
A. Shah-Mohammadi-Azar; R. Shabani; G. Rezazadeh;
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作者单位

Mechanical Engineering Department, Urmia University, Urmia, Iran;

Mechanical Engineering Department, Urmia University, Urmia, Iran;

Mechanical Engineering Department, Urmia University, Urmia, Iran;

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收录信息
原文格式 PDF
正文语种 eng
中图分类
关键词
Angular speed sensor; Centrifugal force; Piezoelectric; Micro-beam; rnElectrostatic actuation;

机译：角速度传感器;离心力;压电;微光束静电驱动;

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