19184

طراحي و بهينه‌سازي شتاب‌سنج خازني MEMS تك‌محوره

كارشناسي ‌ارشد

الكترونيك

1394

1397/3/22

دكتر جواد ياوند حسني

برق

در اين پايان‌نامه طراحي و شبيه‌سازي يك شتاب‌سنج تك‌محوره خازني MEMS تمام تفاضلي بر مبناي ميكروماشين‌كاري سطحي، با دو جرم مبنا ارائه شده است. تاكنون بيشتر شتاب‌سنج‌هاي خازني كه با روش ميكروماشين‌كاري سطحي ارائه شده‌اند، از ساختار خازن‌هاي تفاضلي براي سنجش تغييرات خازن‌ها استفاده كرده‌اند. اما در اين پايان‌نامه با تقسيم جرم مبنا، به دو جرم، امكان طراحي به صورت تمام تفاضلي محقق شده است. ساختار حسگر به گونه‌اي است كه دو جرم از لحاظ الكتريكي از هم جدا هستند ولي با يك لايه عايق به هم وصل شده‌اند. با داشتن دو جرم مبنا و تغيير خروجي‌ها و ولتاژ تحريك، خازن پارازيتيكي نيز كم شده است، تا حساسيت حسگر افزايش يابد. همچنين در اين حسگر برخي از خازن‌هاي حسگر در داخل جرم مبنا قرار گرفته است، تا در يك فضاي محدود بتوان حساسيت را افزايش داد. با اين روش از طول زياد الكترودها و مشكلات مربوط به آنها نيز جلوگيري شده است. بازه اندازه‌گيري شتاب حسگر g10± مي‌باشد كه براي سنجش حركات بدن به خصوص در بازي‌هاي حركتي يا عينك واقعيت مجازي بسيار پركاربرد مي‌باشد. اندازه حسگر در اين شتاب‌سنج mm1×mm1 مي‌باشد و در اين فضاي محدود حساسيت مكانيكي و حساسيت خازني شتاب‌سنج به ترتيب nm/g 30 و fF/g 15.5 مي‌باشد.

1397/04/31

Design and Optimization of a Single Axis MEMS Capacitive Accelerometer

1/1/1900 12:00:00 AM

In this thesis, design and simulation of a single-axial capacitive fully differential MEMS accelerometer based on surface micromachining with two proof masses is presented. So far, most surface micromachined capacitive accelerometers offered, employed differential interface circuits to measure capacitor variations. However, in the presented structure, the possibility of fully differential design is realized by dividing the proof mass into two masses. Two masses are electrically isolated from each other. But they are connected with an insulating layer from below. By utilizing two proof masses and altering outputs and stimulation voltage, parasitic capacitor is reduced and the sensitivity is increased. Moreover, some sensor capacitors are embedded inside the proof mass, so that sensitivity could be increased in the limited area and electrode length could be reduced. The sensor size is 1mm × 1mm and in this limited area, the mechanical and capacitive sensitivity of 30nm/g and 15.5fF/g, respectively.

Mansoor Keshavarzi

Dr. Yavand Hassani