Design and simulation of integrated vibration and acceleration sensors

• Autorzy: Szaniawski K.

Warianty tytułu

PL

Projektowanie i symulacja scalonych czujników wibracji i przyspieszenia

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The paper is dedicated to the design and simulation of micromachined acceleration sensors, which belong to a large family of microelectromechanical systems (MEMS). In particular, it focuses on capacitive accelerometers fabricated using surface micromachining technologies. The primary objective was to develop a methodology for acceleration sensor design with the help of analytical models and multi-dimensional mechanical simulations, used for sensor parameter estimation prior to the fabrication process. It would make the design process dramatically easier and increase the chance of obtaining the specified parameters of the designed accelerometer. The secondary objective was to find out if the measuring of the acceleration-sensitive capacitance through frequency modulation makes it possible to measure the acceleration, despite extremely small capacitance variations of the order of a few fF/g.

PL

Praca poświęcona jest miniaturowym, pojemnościowym czujnikom przyspieszenia, wykonanym w technologii mikromaszynowej powierzchniowej. Rozważane są m. in. zagadnienia związane z estymacją parametrów roboczych tych czujników w fazie projektowania, z wykorzystaniem metod analitycznych oraz wielowymiarowych symulacji mechanicznych, uwzględniających zjawisko oporu powietrza. Ponadto, zaproponowano nową metodologię projektowania tych czujników oraz nowe metody przetwarzania zmian pojemności czujnika, następujących pod wpływem przyspieszenia, na sygnał elektryczny.

Słowa kluczowe

EN

sensor; vibration; accelerometer; microelectronics

PL

czujnik; wibracja; mikroelektronika; akcelerometr

• Wydawca: Wydawnictwo Politechniki Łódzkiej
• Czasopismo: Zeszyty Naukowe. Elektryka / Politechnika Łódzka
• Rocznik: 2006
• Tom: z. 109
• Strony: 83--91
• Opis fizyczny: Bibliogr. 11 poz.

Twórcy

autor

Szaniawski K.

• Technical University of Łódź, Department of Microelectronics and Computer Science

Bibliografia

• [1] K. Szaniawski, A. Romiński, "A Capacitive Low-g Surface-Micromachined Microaccelerometer with Frequency Modulation and Digital Readout", Proceedings of the 9th International Conference MIXDES 2002, Wrocław, 2002, pp. 213-216
• [2] K. Szaniawski, P. Podsiadły, A. Napieralski: "Application of CAD Tools for Design and Simulation of Capacitive Microaccelero-meters", Proceedings of the International Conference CADSM 2003, February 18-22, 2003, Lviv-Slavsko, Ukraine, pp. 337-340
• [3] K. Szaniawski, A. Napieralski: "Scalone czujniki małych drgań ", Elektronizacja Journal No. 11/2002, Warsaw, Poland
• [4] K. Szaniawski, A. Napieralski, P. Sękalski, P. Podsiadły: "Design of a Prototype of a 3-Axis Capacitive Acceleration Sensor", Proceedings of the International Conference MIEL 2004, May 2004, Niš, Serbia and Montenegro
• [5] K. Szaniawski, P. Podsiadły, G. Jabłoński: "A Methodology of Developing Reduced Linear Mechanical Models For MEMS Microstructures", Proceedings of the 9th International Conference MIXDES 2002, Wrocław, 2002, pp. 213-216
• [6] D. Koester, A. Cowen, R. Mahadevan, M. Stonefield, B. Hardy: "PolyMUMPs Design Handbook - A MUMPS Process", Rev. 9.0, Copyright(c) 2003 MEMSCAP
• [7] H. Luo, G. Fedder, R. Carley: "A 1 mG Lateral CMOS-MEMS Accelerometer", Proceedings of The 13th IEEE International Conference on Micro Electro Mechanical Systems (MEMS 2000), January 2000, pp. 502 - 507
• [8] H. Weinberg: "Dual Axis, Low g, Fully Integrated Accelerometers", Analog Dialogue, vol. 33, No. 1, January 1999
• [9] O. Lüdtke, V. Biefeld, A. Buhrdorf, J. Binder: "Laterally Driven Accelerometer Fabricated in Single Crystalline Silicon", Sensors and Actuators 82 (2000), pp. 149-154
• [10] K.-Y. Park, C.-W. Lee, H.-S. Jang, Y. Oh, B. Ha: "Capacitive Type Surface-Micromachined Silicon Accelerometer with Stiffness Tuning Capability", Sensors and Actuators 73 (1999), pp. 109-116
• [11] Y. Matsumoto, M. Nishimura, M. Matsuura, M. Ishida: "Three-Axis SOI Capacitive Accelerometer with PLL C-V Converter", Sensors and Actuators 75 (1999), pp. 77-85