عنوان پایان‌نامه
طراحی و شبیه سازی میکروسنسور خازنی شیب
- رشته تحصیلی
- مهندسی برق-الکترونیک-مدار وسیستم
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه مرکزی پردیس 2 فنی شماره ثبت: E 3063;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 78210;کتابخانه مرکزی پردیس 2 فنی شماره ثبت: E 3063;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 78210
- تاریخ دفاع
- ۱۵ شهریور ۱۳۹۵
- دانشجو
- فاطمه حسینی
- استاد راهنما
- سیدشمس ا لدین مهاجرزاده, امید شعاعی
- چکیده
- رشد چشمگیر تحقیقات در تکنولوژی سیستم های میکروالکترومکانیکی (MEMS)، قابلیت ها و ویژگی های سنسورهای شیب را تحت تأثیر قرار داده است. به طوری که می توان سنسورهایی با ابعاد کوچک، حساسیت بالا، نویزپذیری پایین و توان مصرفی کم را بر پایه این تکنولوژی تولید کرد. بدین ترتیب سنسورهای ساخته شده، دارای کارکرد مناسب تر و کارایی بیشتری در جمع آوری اطلاعات و انتقال آن ها هستند. تاکنون در این حوزه سنسورهای شیب مختلفی با استفاده از خواص نوری، نوسان گری، پیزوالکتریک، حرارتی و... ساخته و یا شبیه سازی شده اند. در این پایان نامه یک میکروسنسور خازنی شیب جدید مبتنی بر تکنولوژی MEMS، طراحی، تحلیل و شبیه سازی شده است. این میکروسنسور خود شامل سه زیرساختار 2,1 و4 میکروخازنی است که با یک تحلیل دقیق، اثر تغییرات زاویه بر روی ظرفیت خازن خروجی هر یک از زیرساختارها بدست آمده، سپس با استفاده از نرم افزار MATLAB، مقدار این ظرفیت ها بر حسب زاویه ترسیم می شود. همچنین این زیرساختارها با کمک نرم افزار COMSOL Multiphysicsنیز شبیه سازی شده اند که نتایج حاصل از شبیه سازی و تحلیل مؤید یکدیگر هستند. در نهایت طراحی و شبیه سازی مدارواسط سنسور شیب پیشنهادی با کمک نرم-افزارهایHspice و Simulink آورده شده است. با بررسی مشخصه خروجی های بدست آمده از این میکروسنسور پیشنهادی، بیشترین حساسیت مربوط به زیرساختار دوخازنی با مقدار Volt/µdeg 30800 است. همچنین بیشترین رنج اندازه‌گیری خطی زاویه مربوط به زیرساخنار چهارخازنی می‌باشد (°180- تا °180+).
- Abstract
- The tilt sensor (also known as inclinometer) measures the inclination of an object or a surface with respect to a reference axis, with wide range of application in cellular phones, cameras, robots, aviation, antenna positioning, automation (machine control and industrial process monitoring), slope monitoring in tunnels and embankments, seismic monitoring and more especially in automotive applications such as chassis regulation or active car suspension. Recently, researches using MEMS technology for tilt sensors fabrication have been performed. Using MEMS technology has the advantages of easy fabrication, reduced size, weight and power consumption, mass production by using batch process, low fabrication cost, easy assembly with circuit, good repeatability and reliability. In this thesis a new capacitive structure for tilt sensor based on the MEMS technology is designed, analyzed and simulated. With a detailed analyze, we achieve to a precise relation between capacitance and inclination angle. In three designs of our capacitive tilt sensor, there are 1, 2 and 4 micro capacitors. They have the advantages of high sensitivity, linear relationship between capacitance and tilt angle, wide range measurement, and simple structure and easy fabrication process governed by simple physics. Analytical expressions for each structure were obtained and plotted versus tilt angle. More over these structures simulated using COMSOL. Extracted results from analyze and simulation are in a good agreement with each other. For the first structure, which contains one variable capacitor, deflection measurement rage is from -90° to +90° with sensitivity of 30700 ?Volt/deg. In the second structure there are two tilt variant capacitors. For this sensor, sensitivity in the measurement range of -90° to +90° enhances to 30800 ?Volt/deg. In the last structure with four deflection variant capacitors, tilt measurement range enhances from ?180° to +180° with sensitivity of 10500 ?Volt/deg. Finally, the proposed tilt sensor interface circuit is designed and simulated with the help of Hspice and Simulink. Keywords: MEMS, Micro capacitive tilt sensor, Silicone oil, Sensitivity.
