Le soluzioni MEMS per applicazioni ad alta vibrazione

Gli accelerometri misurano le accelerazioni in uno, due o tre assi ortogonali. Le misure sono tipicamente utilizzate per calcolare l’inclinazione o l'orientamento rispetto all’accelerazione di gravità, così come per misurare vibrazioni e urti. La maggior parte degli accelerometri sono sistemi micro-elettromeccanici (MEMS): in particolare quelli termici sono adatti per misurare l’inclinazione grazie alla loro risposta passa-basso e risonanza nulla. Il loro design monolitico e l’assenza di strutture capacitive, senza parti in movimento, implicano alta capacità di sopravvivenza agli urti e affidabilità best-in-class in ambienti esigenti. In questo articolo faremo una panoramica sui sensori MEMS, in particolare quelli capacitivi e termici.

Introduzione

Nella maggior parte dei casi, i progettisti possono scegliere tra accelerometri micro-elettromeccanici capacitivi o termici (al seguente link una panoramica di articoli sugli accelerometri). Per selezionare l'accelerometro giusto per l'applicazione, hanno bisogno di prendere in considerazione diverse variabili di progetto, tra cui la struttura del sensore, la risonanza, l'affidabilità, la stabilità, la larghezza di banda e il consumo di energia, insieme con il costo ovviamente.  I progettisti hanno bisogno anche di comprendere i principi fondamentali di ogni tecnologia e di come questi dispositivi misurano l'inclinazione in ambienti ad alta vibrazione. Gli accelerometri possono misurare direttamente l'accelerazione dovuta alla gravità lungo 1, 2, o 3 assi ortogonali. L’inclinazione viene calcolata quindi dalla quantità di accelerazione di gravità misurata sugli assi.  Nella maggior parte dei casi, due accelerometri 2D sono la scelta migliore, poichè molti dispositivi 3D hanno un decadimento delle prestazioni sull’asse z.  Un MEMS capacitivo 3D calcola l'accelerazione misurando la forza sulla massa di una superficie utilizzando tecniche di rilevamento capacitivo. La forza è misurata dalla variazione di capacità tra due elettrodi fissi. La variazione di capacità è proporzionale quindi all'accelerazione.  Un MEMS 2D termico utilizza un approccio monolitico che integra il sensore e l'elettronica sul circuito integrato (IC), che viene poi ermeticamente sigillato in un package. Il substrato di silicio comprende un elemento riscaldante e termopile sospese su una cavità incisa nello stampo. Invece di utilizzare la capacità, il sensore termico utilizza il movimento delle molecole di gas riscaldate per rilevare l'accelerazione. I sistemi MEMS rappresentano una tecnologia di processo impiegata per creare minuscoli dispositivi o sistemi che combinano componenti meccanici ed elettrici integrati in un unico packge. Essi sono fabbricati con tecniche circuitali integrate e possono variare nel formato da pochi micrometri in millimetri. Questi dispositivi (o sistemi) hanno la capacità di rilevare, controllare e azionare il micro scala, e generare effetti sulla macro scala. MEMS, un acronimo che ha avuto origine negli Stati Uniti, è indicato anche come Microsystems Technology (MST) in Europa, [...]

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Una risposta

  1. Maurizio Di Paolo Emilio Maurizio Di Paolo Emilio 22 marzo 2017

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