بررسی و شبیه سازی شتاب سنج MEMS با حساسیت زیاد و نویز کوانتیزاسیون پایین

اختصاصی از یارا فایل بررسی و شبیه سازی شتاب سنج MEMS با حساسیت زیاد و نویز کوانتیزاسیون پایین دانلود با لینک مستقیم و پرسرعت .

چکیده:

یک شتاب سنج وسیله ای است که شتاب حرکت جسم جامد را اندازه گیری می کند. میکرو شتاب سنج ها برای آشکار کردن نیروهای دینامیکی در یک سیستم مکانیکی در حال حرکت بکار می روند. این شتاب سنج ها به طور وسیع در صنعت اتومبیل استفاده می شوند. از جمله در موارد: سیستم توقف ماشین و سیستم ترمز ضد قفل برای راه اندازی کیسه هوا به منظور امنیت راننده و مسافر و سایر کاربردهای دیگر.

انواع اصلی شتاب سنج ها به قرار زیر می باشد:

1) شتاب سنج پیزورزیستیو: اولین شتاب سنج با تکنولوژی میکرو ماشینی است که توسط ریلانس و آنگل در سال 1979 در دانشگاه استنفورد ساخته شد. مزیت این شتاب سنج ها این است که در سیلیکون به آسانی ساخته می شوند و مدارات مرتبط آنها نسبتا ساده است و سیگنال خروجی امپدانس پایین ایجاد می کنند. یک مانع جدی در استفاده از این سنسورها این است که سیگنال خروجی وابستگی حرارتی شدیدی دارد و سیگنال خروجی نسبتا کوچک است.

2) شتاب سنج های پیزوالکتریک: این شتاب سنج ها به طور معمول از مواد پیزوالکتریک برای آشکار کردن جرم حساسه استفاده می کنند. مزیت آنها این است که این سنسورها پهنای باند وسیع دارند و مانع اساسی این است که این نوع شتا ب سنج ها به سیگنال های شتاب فرکانس پایین و استاتیک پاسخ نمی دهند.

3) شتاب سنج های تونلی: در این شتاب سنج ها برای اندازه گیری موقعیت جرم حساسه از جریان تونلی که از یک نوک تیز به یک الکترود برقرار است استفاده می شود. این مکانیسم آشکارسازی جرم حساسه خیلی حساس است. چندین شتاب سنج بر پایه این اصول گزارش شده است اما هیچ افزاره تجارتی تاکنون ساخته نشده است. مشکل اساسی دیگر در این نوع شتاب سنج ها دریفت طولانی مدت جریان تونلی است و توسط میدان های الکتریکی بالا مواد از نوک برداشته می شوند.

4) شتاب سنج های خازنی: در این شتاب سنج ها برای اندازه گیری موقعیت جرم حساسه از خازنی که بین انگشت های متحرک (که به جرم متحرک متصل هستند) و انگشت های ثابت (که به قاب ثابت متصل هستند ) استفاده می شود. در این پروژه از شتاب سنج خازنی استفاده می کنیم و محدوده پارامترهای مختلف برای یک ش تاب سنج خازنی با حساسیت زیاد و سطح نویز پایین را بدست می آوریم.

مقدمه:

ابزارهای اندازه گیری اینرسی که برپایه سامانه های میکرو الکترو مکانیکی هستند در دهه اخیر پیشرفت چشمگیری داشته اند. شتاب سنج ها و ژیروسکوپ های جدید تجاری ابزارهای اندازه گیری اینرسی را با ابعاد کوچکتر و قیمت کمتر نسبت به نوع غیر MEMS ارائه کرده اند. این سنسورها با قیمت کم و توان مصرفی پایین باعث ایجاد بازارهایی در زمینه خودروسازی و سایر زمینه های صنعتی و تجاری شده اند.

یکی از فاکتورهای بسیار مهم در شتاب سنج های برپایه سامانه ها ی میکرو الکترو مکانیکی فاکتور حساسیت می باشد برای رسیدن به حساسیت بالا نیازمند فرکانس طبیعی پایین هستیم و برای داشتن فرکانس طبیعی پایین باید ثابت فنر کوچک داشته باشیم. بنابراین در فصل اول این پروژه می خواهیم ساختار مکانیکی را طوری طراحی کنیم که در نهایت به فرکانس طبیعی پایین دست یابیم.

داشتن حساسیت بالا باعث می شود که جرم حساسه به ازای شتاب ورودی جابجایی زیادی داشته باشد بنابراین واسط الکتریکی می تواند حتی برای ورودی های کوچک شتاب هم اشباع شود. بنابراین باید جابجایی جرم حساسه را توسط قرار دادن آن در حلقه فی دبک منفی کنترل کنیم. در فصل دوم این پروژه روابط حلقه فیدبک منفی را بدست خواهیم آورد و به بررسی پایداری آن خواهیم پرداخت.

از آنجا که در شتاب سنج MEMS مورد نظر ما شتاب خروجی به صورت دیجیتال است لذا در حلقه فیدبک از یک کوانتایزر استفاده شده است. به همین دلیل وجود نویز کوانتیزاسیون در سیگنال خروجی اجتناب ناپذیر است. در فصل سوم به بررسی راهکارهایی برای کاهش توان نویز کوانتیزاسیون و افزایش SNR و SNDR خواهیم پرداخت و نهایتا در انتهای همین فصل تاثیر پارامترهای سیستم را بر روی پاسخ پله سامانه بررسی خواهیم کرد.

تعداد صفحه : 80

فهرست مطالب:

چکیده 1
مقدمه 2
فصل اول : کلیات 3
1) هدف 4 -1 °
2) پیشینه تحقیق 4 -1 °
3) روش کار و تحقیق 4 -1 °
فصل دوم : طراحی اجزای مکا نیکی 6
1) مقدمه 7 -2 °
2) تحلیل و طراحی مکانیکی 7 -2 °
3-2 ) طراحی فنر 10
1)فنر پا خرچنگی تا شده 11 -3 -2
2-3-2 )فنر ته بسته 12
4)نیروی الکتروستاتیکی 15 -2
5)نرم شدگی فنر الکتروستاتیک 16 -2
فصل سوم:حلقه سیگما-دلتا 18
1) مقدمه 19 -3
2) حلقه فیدبک 19 -3
3) تبدیل سیگما-دلتا 21 -3
4) تحلیل سامانه سیگما-دلتا 23 -3
5) پایداری 27 -3
29 G(z) بر روی پایداری Tc 1) بررسی تاثیر پارامتر -5 -3
31 G(z) بر روی پایداری Tf 2) بررسی تاثیر پارامتر -5 -3
ب
فهرست مطالب
عنوان مطالب شماره صفحه
32 G(z) بر روی پایداری α 3-5-3 )بررسی تاثیر پارامتر
35 SNDR و SNR فصل چهارم:نویز کوانتیزاسیون و
1-4 ) مقدمه 36
2-4 ) نویز کوانتیزاسیون 36
39 SNR 3- ) بررسی اثر افزایش نرخ نمونه برداری بر روی 4
4-4 ) شکل دهی نویز 41
50 SNDR (5-4
6-4 ) بررسی پاسخ پله سامانه سیگما- دلتا 58
فصل پنجم:نتیجه گیری و پیشنهادات 64
نتیجه گیری 65
پیشنهادات 65
فهرست منابع فارسی 66
فهرست منابع لاتین 67
چکیده انگلیسی 80