تحلیل و طراحی شتاب‌سنج سه محوره خازنی Mems با دامنه دینامیکی و فرکانس کاری بالا

در این مقاله تحلیل و طراحی یک شتاب‌سنج خازنی سه محوره با استفاده از تکنولوژی سیستم‌های میکروالکترومکانیکی ارائه شده است. شتاب‌سنج‌ها به لحاظ قابلیت اندازه‌گیری شتاب به سه دسته کلی تک محوره، دو محوره و سه محوره تقسیم می‌شوند. در این ساختار اندازه گیری شتاب در هر سه محور، همزمان با استفاده از یک سیستم جرم و فنر انجام می‌‌شود که این مهم موجب گردیده تا بتوان در حداقل سطح اشغالی به حساسیت بالا بدون از دست دادن سایر فاکتور‌های شتاب‌سنج دست پیدا کرد. همچنین با بکار گیری تفاضل در این ساختار تاثیر شتاب هر محور بر شتاب اندازه گیری شده‌ سایر محور‌ها بسیار ناچیز شده است. اگر هر عامل بیرونی مثل امواج الکترومغناطیسی مقدار تک تک خازن‌ها 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 نمی‌تواند اختلالی در عملکرد سیستم ایجاد کند. از دیگر مشخصات رایج و با اهمیت یک شتاب‌سنج می‌توان به دامنه ی دینامیکی، محدوده فرکانس کاری و حساسیت اشاره کرد. مزیت این ساختار نسبت به کارهای انجام شده قبلی در این است که دامنه‌ی دینامیکی تا 1000g و محدوده‌ی فرکانس کاری تا 20khz را دربر می گیرد. حساسیت شتاب‌سنج در جهت محور z مقدار 4ff/g و برای محورهای x و y مقدار 9ff/g بدست آمده است.