Diseño y simulación de un acelerómetro con respuesta de sensibilidad mejorada

Abstract

The capacitive accelerometers based on microelectromechanical systems (MEMS), are widely used in the automotive industry, in seismic detection, and in military applications. The sensitivity is one of their main characteristics, which these systems are mass and suspension beams, which constitute a mass-spring system. The mathematical modelling establish its mechanical response. Based on the equations of sensitivity and frequency of displacement response sets out the criteria to determine the geometry of the mass and the length of suspension beams are obtained in order to improve the sensitivity response. The importance of the stiffness constant is also considered as part of the design. In this case, the changes in the mass produces irregular geometries that, at the same time, allows to increase the beam's length. The improvement in the sensitivity value permits the actuation at lower levels of acceleration. In addition, the simulation of the vibration mode, corresponding to the in-plane displacement, is carried out with the purpose of determining the appropriate frequency for the system operation. Material used for the actuator implementation is silicon. ANSYS is the software used to carry out simulations and characterization of the analyzed systems. Resumen Los acelerómetros capacitivos basados en sistemas microelectromecánicos (MEMS), son ampliamente utilizados en la industria automotriz, en detección sísmica y en aplicaciones militares. La sensibilidad es una de sus características elementos considerados en el análisis de estos sistemas son masa y brazos de suspensión, los cuales constituyen un sistema masa-resorte. Su modelado matemático muestra la respuesta mecánica del sistema. Con base en las ecuaciones para calcular la respuesta del desplazamiento de la masa y de la frecuencia de desplazamiento, se establecen los su respuesta en sensibilidad de desplazamiento. La importancia de la constante de rigidez es también considerada. En este caso, los cambios en la masa producen geometrías irregulares que al mismo tiempo permiten el incremento en la longitud de los brazos. La mejora en la sensibilidad permite la actuación a bajos niveles de aceleración. Además, la simulación del modo de vibración de desplazamiento en el plano es llevada a cabo con el propósito de determinar la frecuencia apropiada para la operación del sistema. El material utilizado para la implementación de los acelerómetros es silicio. Ansys es el software utilizado para llevar a cabo las simulaciones y caracterización de los sistemas analizados. Palabras clave: Acelerómetro, frecuencia de operación, MEMS, sensibilidad.