طراحی، تحلیل و شبیه‌سازی میکروسنسور شیب خازنی با رنج دینامیکی پیوسته

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

برق، دانشگاه شهید باهنر کرمان، کرمان، ایران

چکیده

در این مقاله یک میکروسنسور شیب خازنی جدید مبتنی بر مایعات، طراحی، تحلیل و شبیه‌سازی شده است. میکروسنسور طراحی شده، شیب را حول یک محور (X-axis) اندازه گیری می‌کند. ساختار اصلی این سنسور استوانه‌ای‌ شکل بوده و دارای سه خازن با صفحات موازی می باشد. صفحات خازن های ساختار بر روی قاعده‌های استوانه قرار دارند و فاصله‌ی بین آنها به نسبت مساوی، با روغن سیلیکون و هوا پر شده است. این خازن‌ها دارای یک صفحه مشترک هستند که بر روی یکی از قاعده های استوانه قرار دارد. صفحات دیگر و فواصل بین آنها، قطاع هایی 60 درجه از دایره اند که بصورت یک در میان درون یک دایره و بر روی قاعده دیگر قرار گرفته اند. خروجی این سنسور (out) بصورت تابعی از خازن‌های ساختار تعریف شده است. با چرخش استوانه حول محور X و بدلیل افقی ماندن سطح روغن درون محفظه، موقعیت صفحات نسبت به روغن، تغییر کرده و منجر به تغییر خازن‌های ساختار و در نتیجه تغییر out می‌شود. با یک تحلیل دقیق، تاثیر تغییرات زاویه بر خازن‌های ساختار و خروجی، بدست آمده و با استفاده از نرم افزار MATLAB، بر حسب زاویه ترسیم شدند. این ساختار با کمک نرم‌افزار Multiphysics COMSOL نیز شبیه‌سازی شده است، که نتایج حاصل از شبیه‌سازی و تحلیل مؤید یکدیگرمی باشند. میکروسنسور خازنی طرح شده شیب را در بازه‌ی (°0 تا °360) با حساسیت   8.011fF/deg اندازه گیری می کند.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Design, analysis and simulation of a capacitive tilt micro-sensor with continuous dynamic range

نویسندگان [English]

  • minoo labibi
  • mahdiyeh mehran
Engineering, Electronics, Shahid Bahonar university of Kerman, Kerman, Iran
چکیده [English]

In this paper, a new capacitive tilt micro-sensor based on the liquid is designed, analyzed and simulated. This sensor has a cylindrical structure and parallel plates of its capacitors are formed on the two ends of cylinder. Distance between plates is filled equally with the Silicone oil and air. Proposed micro-sensor measures the slope around x-axis. There are three capacitors in the structure of the sensor which have a common plate while other three plates are 60ᵒ sectors of a circle which lie in 60ᵒ apart in a circle. Output of this sensor (out) is defined as a special function of structural capacitors. When cylinder rotates around x-axis, the Silicone oil level remains horizontally while position of the plates with respect to the oil varies. Meanwhile this occurrence changes structural capacitors and consequently (out). In this paper, with a detailed analysis, effect of tilt application to the sensor and its capacitances is drawn using MATLAB. Moreover this structure has been simulated using COMSOL Multiphysics. Obtained simulation and analytical results are in good agreement with each other. Proposed tilt micro-sensor measures the deflection between 0 ° to 360 ° with the sensitivity of 8.011 fF/deg.

کلیدواژه‌ها [English]

  • MEMs
  • Tilt sensor
  • micro-sensor
  • Liquid dielectric
  • COMSOL Multiphysics