Artículo de revista
Design and simulation of an accelerometer with improved sensitivity response
Fecha
2016-07-08Autor
Tecpoyotl Torres, Margarita
Cabello Ruíz, Ramón
Vargas Chablé, Pedro
Robles Casolco, Said
Vera Dimas, José G.
Institución
Resumen
(Eng) 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
widely benefit their use in front of small acceleration changes. In this work, the elements considered in the analyses of
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. (Spa) 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
principales, la cual beneficia ampliamente su uso frente a pequeños cambios de aceleración. En este trabajo, los
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 criterios para determinar la geometría de la masa y la longitud de los brazos de suspensión, con la
finalidad de mejorar 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.