Diseño y simulación de un nuevo acelerómetro giroscopio MEMS integrado de una sola ficha
Autores: Gao, Yang; Meng, Lin; Tong, Jinwu; Ruan, Zhihu; Jia, Jia
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2022
Acceso abierto
Artículo científico
2022
Diseño y simulación de un nuevo acelerómetro giroscopio MEMS integrado de una sola ficha
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Eléctrica y Electrónica
Palabras clave
Diseño
Simulación
Acelerómetro giroscopio MEMS
Giroscopio de anillo vibratorio de Coriolis
Acelerómetro resonante
Integrado en un solo chip.
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
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Citaciones: Sin citaciones
Este documento presenta el diseño y la simulación de un acelerómetro giroscopio MEMS integrado de un solo chip mediante la integración de un giroscopio de anillo vibratorio de Coriolis y un acelerómetro resonante diferencial en una sola estructura de chip, midiendo tanto la aceleración como la velocidad angular (o el ángulo). Al mismo tiempo, tiene las ventajas de un volumen pequeño, bajo costo y alta precisión basado en las características de un giroscopio de anillo y un acelerómetro resonante. La estructura propuesta consta de un giroscopio de microranura y un acelerómetro resonante MEMS. El acelerómetro está ubicado dentro del giroscopio y las dos estructuras son concéntricas. Los mecanismos de funcionamiento del giroscopio de anillo y el acelerómetro resonante se introducen primero. Luego, se presenta toda la estructura del acelerómetro giroscopio integrado de un solo chip propuesto, y se introducen en detalle los componentes estructurales. El análisis modal muestra que las frecuencias resonantes de los DETFs superior e inferior en el acelerómetro resonante son 28,944.8 Hz y 28,948.0 Hz, y las frecuencias resonantes del giroscopio de anillo () son 15,768.5 Hz y 15,770.3 Hz, respectivamente. El factor de escala del acelerómetro resonante se calcula como 83.5 Hz/g mediante el análisis de la característica de entrada-salida. Finalmente, el análisis térmico demuestra plenamente que el acelerómetro giroscopio integrado de un solo chip tiene una excelente inmunidad al cambio de temperatura.
Descripción
Este documento presenta el diseño y la simulación de un acelerómetro giroscopio MEMS integrado de un solo chip mediante la integración de un giroscopio de anillo vibratorio de Coriolis y un acelerómetro resonante diferencial en una sola estructura de chip, midiendo tanto la aceleración como la velocidad angular (o el ángulo). Al mismo tiempo, tiene las ventajas de un volumen pequeño, bajo costo y alta precisión basado en las características de un giroscopio de anillo y un acelerómetro resonante. La estructura propuesta consta de un giroscopio de microranura y un acelerómetro resonante MEMS. El acelerómetro está ubicado dentro del giroscopio y las dos estructuras son concéntricas. Los mecanismos de funcionamiento del giroscopio de anillo y el acelerómetro resonante se introducen primero. Luego, se presenta toda la estructura del acelerómetro giroscopio integrado de un solo chip propuesto, y se introducen en detalle los componentes estructurales. El análisis modal muestra que las frecuencias resonantes de los DETFs superior e inferior en el acelerómetro resonante son 28,944.8 Hz y 28,948.0 Hz, y las frecuencias resonantes del giroscopio de anillo () son 15,768.5 Hz y 15,770.3 Hz, respectivamente. El factor de escala del acelerómetro resonante se calcula como 83.5 Hz/g mediante el análisis de la característica de entrada-salida. Finalmente, el análisis térmico demuestra plenamente que el acelerómetro giroscopio integrado de un solo chip tiene una excelente inmunidad al cambio de temperatura.