بررسی و شبیه سازی شتاب سنج MEMS با حساسیت زیاد و نویز كوانتیزاسیون پایین
دسته بندي :
کالاهای دیجیتال »
رشته برق و مخابرات (آموزش_و_پژوهش)
فرمت فایل:PDF
تعداد صفحه:80
فهرست مطالب :
چكيده 1
مقدمه 2
فصل اول : كليات 3
1) هدف 4 -1
2) پيشينه تحقيق 4 -1
3) روش كار و تحقيق 4 -1
فصل دوم : طراحي اجزاي مكا نيكي 6
1) مقدمه 7 -2
2) تحليل و طراحي مكانيكي 7 -2
3-2 ) طراحي فنر 10
1)فنر پا خرچنگي تا شده 11 -3 -2
2-3-2 )فنر ته بسته 12
4)نيروي الكتروستاتيكي 15 -2
5)نرم شدگي فنر الكتروستاتيك 16 -2
فصل سوم:حلقه سيگما-دلتا 18
1) مقدمه 19 -3
2) حلقه فيدبك 19 -3
3) تبديل سيگما-دلتا 21 -3
4) تحليل سامانه سيگما-دلتا 23 -3
5) پايداري 27 -3
29 G(z) بر روي پايداري Tc 1) بررسي تاثير پارامتر -5 -3
31 G(z) بر روي پايداري Tf 2) بررسي تاثير پارامتر -5 -3
32 G(z) بر روي پايداري α 3-5-3 )بررسي تاثير پارامتر
35 SNDR و SNR فصل چهارم:نويز كوانتيزاسيون و
1-4 ) مقدمه 36
2-4 ) نويز كوانتيزاسيون 36
39 SNR 3- ) بررسي اثر افزايش نرخ نمونه برداري بر روي 4
4-4 ) شكل دهي نويز 41
50 SNDR (5-4
6-4 ) بررسي پاسخ پله سامانه سيگما- دلتا 58
فصل پنجم:نتيجه گيري و پيشنهادات 64
نتيجه گيري 65
پيشنهادات 65
فهرست منابع فارسي 66
فهرست منابع لاتين 67
چكيده انگليسي 68
چکیده :
يك شتاب سنج وسيله اي است كه شتاب حركت جسم جامد را اندازه گيري مي كند. ميكرو شتاب سنج ها براي آشكار كردن نيروهاي ديناميكي در يك سيستم مكانيكي در حال حركت بكار مي روند. اين شتاب سنج ها به طور وسيع در صنعت اتومبيل استفاده مي شوند. از جمله در موارد: سيستم توقف ماشين و سيستم ترمز ضد قفل براي راه اندازي كيسه هوا به منظور امنيت راننده و مسافر و ساير كاربردهاي ديگر.
انواع اصلي شتاب سنج ها به قرار زير مي باشد:
1) شتاب سنج پيزورزيستيو: اولين شتاب سنج با تكنولوژي ميكرو ماشيني است كه توسط ريلانس و آنگل در سال 1979 در دانشگاه استنفورد ساخته شد. مزيت اين شتاب سنج ها اين است كه در سيليكون به آساني ساخته مي شوند و مدارات مرتبط آنها نسبتا ساده است و سيگنال خروجي امپدانس پايين ايجاد مي كنند. يك مانع جدي در استفاده از اين سنسورها اين است كه سيگنال خروجي وابستگي حرارتي شديدي دارد و سيگنال خروجي نسبتا كوچك است.
2) شتاب سنج هاي پيزوالكتريك: اين شتاب سنج ها به طور معمول از مواد پيزوالكتريك براي آشكار كردن جرم حساسه استفاده مي كنند. مزيت آنها اين است كه اين سنسورها پهناي باند وسيع دارند و مانع اساسي اين است كه اين نوع شتا ب سنج ها به سيگنال هاي شتاب فركانس پايين و استاتيك پاسخ نمي دهند.
3) شتاب سنج هاي تونلي: در اين شتاب سنج ها براي اندازه گيري موقعيت جرم حساسه از جريان تونلي كه از يك نوك تيز به يك الكترود برقرار است استفاده مي شود. اين مكانيسم آشكارسازي جرم حساسه خيلي حساس است. چندين شتاب سنج بر پايه اين اصول گزارش شده است اما هيچ افزاره تجارتي تاكنون ساخته نشده است. مشكل اساسي ديگر در اين نوع شتاب سنج ها دريفت طولاني مدت جريان تونلي است و توسط ميدان هاي الكتريكي بالا مواد از نوك برداشته مي شوند.
4) شتاب سنج هاي خازني: در اين شتاب سنج ها براي اندازه گيري موقعيت جرم حساسه از خازني كه بين انگشت هاي متحرك (كه به جرم متحرك متصل هستند) و انگشت هاي ثابت (كه به قاب ثابت متصل هستند ) استفاده مي شود. در اين پروژه از شتاب سنج خازني استفاده مي كنيم و محدوده پارامترهاي مختلف براي يك ش تاب سنج خازني با حساسيت زياد و سطح نويز پايين را بدست مي آوريم.
ابزارهاي اندازه گيري اينرسي كه برپايه سامانه هاي ميكرو الكترو مكانيكي هستند در دهه اخير پيشرفت چشمگيري داشته اند. شتاب سنج ها و ژيروسكوپ هاي جديد تجاري ابزارهاي اندازه گيري اينرسي را با ابعاد كوچكتر و قيمت كمتر نسبت به نوع غير MEMS ارائه كرده اند. اين سنسورها با قيمت كم و توان مصرفي پايين باعث ايجاد بازارهايي در زمينه خودروسازي و ساير زمينه هاي صنعتي و تجاری شده اند.
يكي از فاكتورهاي بسيار مهم در شتاب سنج هاي برپايه سامانه ها ي ميكرو الكترو مكانيكي فاكتور حساسيت مي باشد براي رسيدن به حساسيت بالا نيازمند فركانس طبيعي پايين هستيم و براي داشتن فركانس طبيعي پايين بايد ثابت فنر كوچك داشته باشيم. بنابراين در فصل اول اين پروژه مي خواهيم ساختار مكانيكي را طوري طراحي كنيم كه در نهايت به فركانس طبيعي پايين دست يابيم.
داشتن حساسيت بالا باعث مي شود كه جرم حساسه به ازاي شتاب ورودي جابجايي زيادي داشته باشد بنابراين واسط الكتريكي مي تواند حتي براي ورودي هاي كوچك شتاب هم اشباع شود. بنابراين بايد جابجايي جرم حساسه را توسط قرار دادن آن در حلقه في دبك منفي كنترل كنيم. در فصل دوم اين پروژه روابط حلقه فيدبك منفي را بدست خواهيم آورد و به بررسي پايداري آن خواهيم پرداخت.
از آنجا كه در شتاب سنج MEMS مورد نظر ما شتاب خروجي به صورت ديجيتال است لذا در حلقه فيدبك از يك كوانتايزر استفاده شده است. به همين دليل وجود نويز كوانتيزاسيون در سيگنال خروجي اجتناب ناپذير است. در فصل سوم به بررسي راهكارهايي براي كاهش توان نويز كوانتيزاسيون و افزایش SNR و SNDR خواهيم پرداخت و نهايتا در انتهاي همين فصل تاثير پارامترهاي سيستم را بر روي پاسخ پله سامانه بررسي خواهيم كرد.
و...