طراحی، تحلیل و شبیه سازی میکروسنسور شیب خازنی

در این مقاله برای اندازه‌گیری زاویه حول محور افقی (x)، میکرو‌سنسور های شیب خازنی مبتنی بر تکنولوژی mems طراحی، تحلیل و شبیه‌سازی شده اند. ساختار هر میکرو‌سنسور استوانه‌ای شکل است که خازن های بین انگشتی با الکترودهایی از جنس مس، بر روی یکی از قاعده های آن قرار گرفته اند. الکترودهای خازن‌های بین انگشتی به صورت یک در میان به ولتاژ های زمین و ترمینال وصل می شوند. نیمی از حجم استوانه با روغن سیلیکون و نیمه دیگر با هوا پر شده است. با چرخش استوانه حول محور افقی به دلیل ثابت ماندن سطح روغن درون محفظه به علت گرانش، سطح الکترودهایی که درون روغن قرار می‌گیرند تغییرکرده، در نتیجه مقدار خازن های ساختار و بدنبال آن، خروجی تغییر می یابد. از این تغییرات برای اندازه‌گیری زاویه استفاده می‌شود. با یک تحلیل دقیق، تاثیر تغییرات زاویه بر ظرفیت خازن های ساختار و خروجی، مورد بررسی قرار گرفته است، بعلاوه ساختارهای پیشنهادی با کمک نرم افزارcomsol multiphysics شبیه سازی شده اند که نتایج حاصل از شبیه سازی و تحلیل موید یکدیگر می باشند. دو ساختار به ترتیب با حساسیت های ff/deg 44 و ff/deg88 زاویه را در بازه ° 90 تا °90+ یا °0 تا °180 اندازه گیری می کنند.

Design, analysis and simulation of capacitive tilt microsensors

In this paper, capacitive tilt micro sensors based on the MEMS technology are designed, analyzed and simulated. These micro sensors are cylindrical and interdigital capacitors (IDC) of the structure from copper, are located on one of their bases. Electrodes of the IDCs are located on the same plate and connected to the ground or terminal voltage. Half of the cylinder is filled with the silicone oil while there is air in the other half. By rotating the cylinder around the xaxis, as the oil level inside the cylinder remains horizontal due to the gravity, position of the electrode rsquo;s surfaces which are located inside the oil changes, so tilt around this axis is measured. Two structures are proposed to measure tilt around the xaxis. In this paper, using detailed analysis, the effect of the angular changes on the structural capacitors and outputs is investigated. Moreover, the proposed structures have been simulated by COMSOL Multiphysics software. The results of simulation and analysis are in good agreement. The measuring range of these structures is 90 ° to 90 ° or 0 ° to 180 ° with the sensitivity of 44 fF/deg and 88 fF/deg for one and twocapacitor structure, respectively.