تحلیل و طراحی شتاب سنج سه محوره خازنی MEMS با دامنه دینامیکی و فرکانس کاری بالا

در این مقاله تحلیل و طراحی یک شتاب سنج خازنی سه محوره با استفاده از تکنولوژی سیستم های میکروالکترومکانیکی ارائه شده است. شتاب سنج ها به لحاظ قابلیت اندازه گیری شتاب به سه دسته کلی تک محوره، دو محوره و سه محوره تقسیم می شوند. در این ساختار اندازه گیری شتاب در هر سه محور، همزمان با استفاده از یک سیستم جرم و فنر انجام می شود که این مهم موجب گردیده تا بتوان در حداقل سطح اشغالی به حساسیت بالا بدون از دست دادن سایر فاکتور های شتاب سنج دست پیدا کرد. همچنین با بکارگیری تفاضل در این ساختار تاثیر شتاب هر محور بر شتاب اندازه گیری شده سایر محور ها بسیار ناچیز شده است. اگر هر عامل بیرونی مثل امواج الکترومغناطیسی مقدار تک تک خازن ها را تغییر دهد مقدار خروجی اصلی خازن اندازه گیری شده جهت تشخیص شتاب تغییر نخواهد کرد یعنی طراحی بگونه ای انجام شده است که نه تنها شتاب هر محور بر محورهای دیگر تاثیری ندارد بلکه عوامل بیرونی نیز نمی تواند اختلالی در عملکرد سیستم ایجاد کند. از دیگر مشخصات رایج و با اهمیت یک شتاب سنج می توان به دامنه ی دینامیکی، محدوده فرکانس کاری و حساسیت اشاره کرد. مزیت این ساختار نسبت به کارهای انجام شده قبلی در این است که دامنه ی دینامیکی تا 1000g و محدوده ی فرکانس کاری تا 20kHz را دربر می گیرد. حساسیت شتاب سنج در جهت محور Z مقدار 4fF/g و برای محورهای X و Y مقدار 9fF/g بدست آمده است.