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Publicação
CHARACTERIZATION OF MEMS ACCELEROMETERS AT LOW TEMPERATURES
| Nome: | Descrição: | Tamanho: | Formato: | |
|---|---|---|---|---|
| 13.04 MB | Adobe PDF |
Orientador(es)
Resumo(s)
MEMS accelerometers are micromachined inertial sensors that are used to measure accelerations.
These devices, due to their versatility, can be used in different kinds of
applications ranging from gravitational wave measuring to consumer based applications.
MEMS accelerometers, can be impacted by a multitude of different sources and given
that the scope of the project inserts itself in high performance devices which have to
be able to withstand cryogenic temperatures for applications like gravitational waves
measurements, extensive testing is paramount. Conducting these tests allows for a deeper
insight on strategies that can further enhance the capabilities of these sensors.
In the present work, characterization boards are developed and used to perform these
tests at different sets of temperatures enabling a deeper understanding on how these
conditions may affect the outputs of MEMS accelerometers. In tandem with this testing,
a theoretical study on the device’s expected performance was conducted.
Two sets of sensors were tested for their sensitivity, cross-axis sensitivity, noise floor
and Allan variations at room temperature, 0 °C, -25 °C, -35 °C and -40 °C. The sensitivity
dropped 75 % and 13.8 % for the developed and commercial board respectively. Crossaxis
sensitivity increased 340 % and 536.36 %.
Noise floors displayed a 22.7 % and 1.7 % decrease. As means to perform Allan
variances, a matlab script was used.
Os acelerómetros MEMS, são micro sensores inerciais sendo utilizados para medir acelerações. Estes dispositivos, dada a versatilidade, podem ser utilizados em vários tipos de aplicações, que podem passar por aplicações para consumidores ou para medir ondas gravitacionais. Dispositivos como estes, podem ser impactados por vários fatores e dado que, o projeto tem por objetivo, utilizar sensores de alta performance capazes de tolerar temperaturas criogénicas para aplicações como medição de ondas gravitacionais, testar de forma extensiva é de grande importância. Realizar este tipo de caracterização permite obter um maior conhecimento em como desenvolver estratégias que possam melhorar o desempenho dos sensores. Para este projeto, placas de circuitos impressos, são desenvolvidas e utilizadas na testagem a diferentes temperaturas permitindo um maior conhecimento em como estas condições podem afetar o desempenho dos acelerómetros. Paralelamente a estes testes, um estudo teórico foi efetuado de forma a poder prever o comportamento dos dispositivos. No processo de caracterização, dois acelerómetros tiveram a sua sensibilidade, sensibilidade de eixos perpendiculares, noise floor, Allan variance a temperatura ambiente, 0 °C, -15 °C, -25 °C, -35 °C e -40 °C. A sensibilidade exibiu um decréscimo de 75 % e 13.8 % para a pcb desenvolvida e a comercial. A sensibilidade de eixos perpendiculares aumentou 340 % e 536.36 % respetivamente. As medições do ruído mostraram um decréscimo de 22.7 % e 1.7 %. De forma a realizar a Allan variance foi necessário utilizar matlab.
Os acelerómetros MEMS, são micro sensores inerciais sendo utilizados para medir acelerações. Estes dispositivos, dada a versatilidade, podem ser utilizados em vários tipos de aplicações, que podem passar por aplicações para consumidores ou para medir ondas gravitacionais. Dispositivos como estes, podem ser impactados por vários fatores e dado que, o projeto tem por objetivo, utilizar sensores de alta performance capazes de tolerar temperaturas criogénicas para aplicações como medição de ondas gravitacionais, testar de forma extensiva é de grande importância. Realizar este tipo de caracterização permite obter um maior conhecimento em como desenvolver estratégias que possam melhorar o desempenho dos sensores. Para este projeto, placas de circuitos impressos, são desenvolvidas e utilizadas na testagem a diferentes temperaturas permitindo um maior conhecimento em como estas condições podem afetar o desempenho dos acelerómetros. Paralelamente a estes testes, um estudo teórico foi efetuado de forma a poder prever o comportamento dos dispositivos. No processo de caracterização, dois acelerómetros tiveram a sua sensibilidade, sensibilidade de eixos perpendiculares, noise floor, Allan variance a temperatura ambiente, 0 °C, -15 °C, -25 °C, -35 °C e -40 °C. A sensibilidade exibiu um decréscimo de 75 % e 13.8 % para a pcb desenvolvida e a comercial. A sensibilidade de eixos perpendiculares aumentou 340 % e 536.36 % respetivamente. As medições do ruído mostraram um decréscimo de 22.7 % e 1.7 %. De forma a realizar a Allan variance foi necessário utilizar matlab.
Descrição
Palavras-chave
Microelectromechanical systems (MEMS) Inertial sensors Characterization Allan variance Sensitivity Cross-axis sensitivity