Mecanismo de compensação de temperatura para sensores MEMS baseados na tensão de pull-in

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Lima, Vasco António Lourenço
Data de Publicação: 2013
Tipo de documento: Dissertação
Idioma: por
Título da fonte: Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos)
Texto Completo: http://hdl.handle.net/1822/41942
Resumo: Dissertação de mestrado integrado em Engenharia Eletrónica Industrial e Computadores
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spelling Mecanismo de compensação de temperatura para sensores MEMS baseados na tensão de pull-inThermal compensation mechanism for pull-in based MEMS sensorsMicro-inclinómetroPull-inMEMSCompensação de temperaturaMicro-inclinometerTemperature compensationEngenharia e Tecnologia::Engenharia Eletrotécnica, Eletrónica e InformáticaDissertação de mestrado integrado em Engenharia Eletrónica Industrial e ComputadoresAtualmente, encontramos dispositivos baseados em MEMS (Microelectromechanical Systems) numa variedade grande de aplicações. Estes estão presentes em telemóveis, impressoras a jato de tinta, airbags automóveis ou mesmo sensores biomédicos. Apesar disto, existem ainda aplicações mais sensíveis, tal como a medição de microgravidade espacial, onde este tipo de sensores ainda não atingiu as especificações desejadas. Assim, surgiu a oportunidade de criar um micro-inclinómetro de alta resolução e compensado termicamente, baseado nesta tecnologia. Esta dissertação propõe a utilização da tensão de pull-in como medição da inclinação a que a estrutura MEMS está sujeita. Este método, apesar de promissor, encontra-se limitado, tal como todos os dispositivos MEMS, pela dependência térmica da tensão de pull-in. Porém, foi implementado um mecanismo, baseado em elétrodos em forma de pente, capaz da obtenção da tensão de pull-in nominal para diferentes temperaturas e inclinações. Assim, foi proposto um mecanismo de compensação de temperatura capaz de minimizar os desvios térmicos causados na tensão de pull-in. Do trabalho desenvolvido resultou um micro-inclinómetro MEMS com uma resolução de 0,0013° (0,00325% da full scale), uma gama dinâmica de ±20° e uma não linearidade de 0,87%. Obteve-se também um coeficiente térmico não compensado de -303μV/°C (0,0068°/°C). Os resultados obtidos validam o método proposto, alcançando características semelhantes ou superiores aos dispositivos existentes (protótipos ou comerciais).Nowadays, MEMS devices are found in a wide variety of applications. These are present on mobile phones, ink jet printers, car airbags or even biomedical sensors. Despite this, there are more sensitive applications, such as space microgravity measurements, where this type of sensor has not yet reached the desired specifications. Therefore, there are opportunities to create a microinclinometer with high resolution, thermally compensated, based on this technology. This dissertation proposes the use of the pull-in voltage as a measurement of the inclination of a microstructure. This method, although promising, is limited, like all the MEMS devices), by the temperature dependence of the pull-in voltage. However, a mechanism has been implemented based on comb-finger electrodes, capable of obtaining the nominal pull-in voltage for different temperatures and inclinations. Therefore, a mechanism for temperature compensation was proposed capable of minimize thermal variances caused in the pull-in voltage. The work resulted in a MEMS micro-inclinometer with a resolution of 0,0013° (0,00325% of full scale), a dynamic range of ±20° and a nonlinearity of 0,87%. The device presents an uncompensated temperature coefficient of -303μV/°C (0,0068°/°C). The obtained results validate the proposed method, achieving similar or superior characteristics to the existing state-of-the-art (prototypes and commercially available).Rocha, Luís Alexandre MachadoCabral, JorgeUniversidade do MinhoLima, Vasco António Lourenço20132013-01-01T00:00:00Zinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdfhttp://hdl.handle.net/1822/41942porinfo:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos)instname:Agência para a Sociedade do Conhecimento (UMIC) - FCT - Sociedade da Informaçãoinstacron:RCAAP2023-07-21T12:42:41ZPortal AgregadorONG
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