پروژه 24

پروژه بررسی و شبيه سازی شتاب سنج MEMS با حساسيت زياد و نويز كوانتيزاسيون پايين

تعداد صفحات : 80

چکیده:
یک شتاب سنج وسیله ای است که شتاب حرکت جسم جامد را اندازه گیری می کند. میکرو شتاب سـنجها برای آشکار کردن نیروهای دینامیکی در یک سیستم مکانیکی در حال حرکت بکار می روند.این شتابسنج ها به طور وسیع در صنعت اتومبیل استفاده می شوند.از جمله در موارد: سیـستم توقـف ماشـین ۱ و سیستم ترمز ضد قفل۲ برای راه اندازی کیسه هوا۳ به منظور امنیـت راننـده و مـسافر و سـایر کاربردهـایدیگر[۱].
انواع اصلی شتاب سنج ها به قرار زیر می باشد[۲]:
۱) شتاب سنج پیزورزیستیو۴ : اولین شتاب سنج با تکنولوژی میکرو ماشینی است که توسـط ریلانـس۵ و آنگل ۶ در سال ۱۹۷۹ در دانشگاه استنفورد۷ ساخته شد. مزیت ایـن شـتاب سـنج هـا ایـن اسـت کـه درسیلیکون به آسانی ساخته می شوند و مدارات مرتبط آنها نسبتا ساده است و سیگنال خروجـی امپـدانسپایین ایجاد می کنند. یک مانع جدی در استفاده از این سنسورها این است که سیگنال خروجی وابستگیحرارتی شدیدی دارد و سیگنال خروجی نسبتا کوچک است.
۲) شتاب سنج های پیزوالکتریک ۸ : این شتاب سنج ها به طور معمول از مواد پیزوالکتریـک بـرای آشـکارکردن جرم حساسه ۹ استفاده می کنند. مزیت آنها این است که این سنسورها پهنای بانـد وسـیع دارنـد ومانع اساسی این است که این نوع شتاب سنج ها به سیگنال های شتاب فرکانس پایین و اسـتاتیک پاسـخنمی دهند.
۳) شتاب سنج های تونلی: در این شتاب سنج ها برای اندازه گیری موقعیت جرم حساسه از جریان تونلیکه از یک نوک تیز۱۰ به یک الکترود برقرار است استفاده می شود. این مکانیسم آشکارسازی جرم حساسهخیلی حسا س است . چندین شتاب سنج بر پایه این اصول گزارش شده است امـا هـیچ افـزاره تجـارتی تـاکنون ساخته نشده است. مشکل اساسی دیگر در این نوع شتاب سنج هـا دریفـت طـولانی مـدت جریـانتونلی است و توسط میدان های الکتریکی بالا مواد از نوک برداشته می شوند.
۴) شتاب سنج های خازنی: در این شتاب سنج ها برای اندازه گیری موقعیت جرم حساسه از خـازنی کـهبین انگشت های متحرک( که به جرم متحرک متصل هستند) و انگشت های ثابـت (کـه بـه قـاب ثابـتمتصل هستند) استفاده می شـود.در ایـن پـروژه از شـتاب سـنج خـازنی اسـتفاده مـی کنـیم و محـدودهپارامترهای مختلف برای یک شتاب سنج خازنی با حساسیت۱۱ زیـاد و سـطح نـویز پـایین را بدسـت مـیآوریم.

فهرست مطالب
۱ چکیده
۲ مقدمه
۳ فصل اول : کلیات
۴ ° ۱- ۱) هدف
° ۱- ۲) پیشینه تحقیق ۴
° ۱- ۳) روش کار و تحقیق ۴
۶ فصل دوم : طراحی اجزای مکانیکی
۷ ° ۲- ۱) مقدمه
° ۲- ۲) تحلیل و طراحی مکانیکی ۷
۲-۳) طراحی فنر ۱۰
۲- ۳- ۱)فنر پا خرچنگی تا شده ۱۱
۲-۳-۲)فنر ته بسته ۱۲
۲- ۴)نیروی الکتروستاتیکی ۱۵
۲- ۵)نرم شدگی فنر الکتروستاتیک ۱۶
فصل سوم:حلقه سیگما-دلتا ۱۸
۳- ۱) مقدمه ۱۹
۳- ۲) حلقه فیدبک ۱۹
۳- ۳) تبدیل سیگما-دلتا ۲۱
۳- ۴) تحلیل سامانه سیگما-دلتا ۲۳
۳- ۵) پایداری ۲۷
۳- ۵- ۱) بررسی تاثیر پارامتر Tc بر روی پایداری (G(z 29
۳- ۵- ۲) بررسی تاثیر پارامتر Tf بر روی پایداری (G(z 31
۳-۵-۳)بررسی تاثیر پارامتر α بر روی پایداری (G(z 32

فصل چهارم:نویز کوانتیزاسیون و SNR وSNDRص ۳۵
۴-۱) مقدمه ۳۶
۴-۲) نویز کوانتیزاسیون ۳۶
۴ -۳) بررسی اثر افزایش نرخ نمونه برداری بر روی SNRص ۳۹
۴-۴) شکل دهی نویز ۴۱
۵۰ SNDR (5-4
۴-۶) بررسی پاسخ پله سامانه سیگما- دلتا ۵۸
۶۴ فصل پنجم:نتیجه گیری و پیشنهادات
۶۵ نتیجه گیری
۶۵ پیشنهادات
۶۶ فهرست منابع فارسی
۶۷ فهرست منابع لاتین
۶۸ چکیده انگلیسی