عنوان پایان‌نامه
طراحی وشبیه سازی حسگر یکپارچه متشکل از شتاب سنج و ژیروسکوپ بر پایه تکنولوژی MEMS
- رشته تحصیلی
- مهندسی مکاترونیک
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 65940;کتابخانه دانشکده علوم و فنون نوین شماره ثبت: 144
- تاریخ دفاع
- ۲۶ شهریور ۱۳۹۳
- دانشجو
- احمد عباسی مزرعه شاهی
- استاد راهنما
- جواد کوهسرخی, رضا عسکری مقدم
- چکیده
- در این پایان نامه طراحی و شبیهسازی المان یکپارچه متشکل از شتابسنج و ژیروسکوپ انجام شده اسهت. )y و x ( و سرعت زاویهه ای را در دو راسهتا )z المان یکپارچه طراحی شده قادر است شتاب را در یک راستا)راستای به طور همزمان اندازهگیری نمایند. مکانیزم خوانش هر دو قسمت مربوط به اندازهگیری شتاب و سرعت زاویهای، خوانش خازنی است. روند فرایند طراحی که شامل طراحی اولیه ساختار، تطبیق مودهای فرکانسی درایو و حهس ژیروسکوپ، جایدهی مودهای فرکانسی شتابسنج در فاصلهی مناسب از مودهای ارتعاشی ژیروسهکوپ، دیکوپلهه سازی مودهای ارتعاشی ژیروسکوپ از یکدیگر و علاوه بر آن دیکوپلهه سهازی مودههای ارتعاشهی شهتاب سهن ج بها ژیروسکوپ است بطور کامل شرح داده شهده اسهت. بها توجهه بهه اینکه ه بهرای درایهو سهاختار از مکهانیزم درایهو الکترواستاتیکی استفاده شده است، روابط مربوط به محاسبهی گشهتاورهای الکترواسهتاتیکی اسهتخراج گردیهده است. بهمنظور بررسی عملکرد و حساسیت حسگرهای طراحی شده، معادلات دینامیکی ههر کهدام از قسهمت هها استخراج شده است و پاسخهای دینامیکی مربوطه مورد بحث و بررسی قرار گرفته است. پاسخهای شهتاب سهنج و ژیروسکوپ در حوزه های زمان و فرکانس مورد تحلیهل قهرار گرفتهه اسهت. عبهارات مربهوط بهه حساسهیت ههای مکانیکی و الکتریکی به صورت تحلیلی استخراج شده است و اثرات مربوط به ضرایب میرایی و تغییرات فرکهانس کاری بر روی آنها مطالعه شده است. همچنین قابلیت اطمینان ساختار طراحی شهده بهه منظهور تسهلیم نشهدن ساختار در بدترین شرایط فیزیکی مورد مطالعه قرار گرفته است. پارامترهای عملکردی المان طراحی شهده داری 2/70 femtofarad/g 72-9 ، حساسیت الکتریکهی torr 02 برای ژیروسکوپ، فشار کاری Vdc +2.7Vac ولتاژ درایو برای شتابسنج و deg/ sec femtofarad 50g 2.294 و 9.1 برای ژیروسکوپ، محدود عملکهردی شهتاب سهنج ±، فرکانس درایو ژیروسکوپ 5902 هرتز است.
- Abstract
- In this thesis design and simulation of a Gyro/Accelerometer has been done. The designed Sensor can detect and measure acceleration at one direction (Z axis), and rotation rate at two directions(X & Y axies), simultaneously using capacitive readout method. The design process includes design structure, frequency matching of drive and sense modes of gyroscope and decoupling this two modes, tuning natural frequency of accelerometer by considering the effect of mechanical coupling between gyroscope drive and sense frequencies and accelerometers natural frequencies. Since the electrostatic drive mechanism is used to drive the structure, the relationships for calculating the electrostatic moments have been extracted. Accelerometer and gyroscope responses in time and frequency domains have also been analyzed. Terms of mechanical and electrical sensitivities are derived analytically and the effects of attenuation coefficients and frequency mismatch between drive and sense mode directions of gyroscope have been studied. The reliability of the sensor in worst physical condition was another aspect which had been studied. Designed parameters for the sensor are: drive voltage 20Vdc+0.1Vac, electrical sensitivity 0.12fF/g for accelerometer and 0.034fF/(deg/sec) and 3.7fF/(deg/sec) for gyroscopes , vacuum packaging at pressure 1e-3 torr, drive frequency 5320Hz. Designed Accelerometer can detect acceleration at range of ±50g and the gyrocopes can detect rotation rate ±270 deg/sec, both in the open loop conditions. Keyword: Gyroscope, Accelerometer, Capacitance, Sensitivity
