طراحی و شبیه سازی شتاب سنج حرارتی MEMS با حساسیت بهینه شده و قابلیت اندازه گیری شتاب در دو محور

Abstract

در این مقاله، یک میکروحسگر شتاب با طرحی ساده، هزینه ساخت پائین، حجم و وزن کم و همچنین حساس به شتاب‌های بسیار کوچک با قابلیت اندازه‌گیری شتاب در دو محور طراحی شده است. در طرح پیشنهادی از روش حرارتی - همرفتی برای اندازه‌گیری شتاب استفاده شده است. این میکرو حسگر شامل یک المان گرم‌کننده (هیتر) و دو جفت حسگر دما (دیتکتور) می‌باشد. با اعمال شتاب در راستای محور X یا Y دمای دیتکتورها متناسب با شتاب اعمالی تغییر می کند. دو مرحله شبیه‌سازی و بهینه‌سازی میکروحسگر بترتیب با استفاده از روش المان محدود و روش تاگوچی انجام شده است. پارامترهای هندسی و شرایط محیطی ساختار شتاب‌سنج مذکور، تاثیر بالایی در افزایش حساسیت آن، که از مهم‌ترین فاکتورهای خروجی آن می باشد، دارند. در این پژوهش، تاثیر ابعاد هندسی و شرایط محیطی شتاب-سنج حرارتی بر حساسیت خروجی سنسور مورد مطالعه قرار گرفت. سطح بهینه متغیرهای مذکور برای دستیابی به حساسیت ماکزیمم با تحلیل ضرایب سیگنال به نویز (S/N) و ترتیب اهمیت تاثیر متغیرها بر حساسیت سنسور با آنالیز واریانس ضرایب سیگنال به نویز تعیین شد. با تنظیم متغیرهای مورد مطالعه بر روی سطوح بهینه، حساسیت سنسور نسبت به میانگین نتایج شبیه سازی های انجام شده 77/12 برابر شد. با انتخاب بهترین مقادیر برای پارامترهای هندسی، حساسیت ̊ c/g 23/0 در محیط هوا و ̊c/g70/0 در محیط گاز دی‌اکسیدکربن به دست آمد.