Low-pressure resonant MEMS accelerometers for automotive applications

Os acelerómetros MEMS têm um papel importante no desenvolvimento de novas soluções/funcionalidades para a indústria automóvel, nomeadamente na melhoria das condições de segurança e de condução. Não obstante, dispositivos com melhor performance, dimensões mais reduzidas e menor custo possibilitariam a implementação de mais casos de uso/funcionalidades. A encapsulação em vácuo tem sido alvo de estudo para desenvolver sensores MEMS de dimensões reduzidas e de baixo custo, uma vez que viabiliza a integração monolítica de todos os sensores que compõe uma unidade de medição inercial. Contudo, os acelerómetros MEMS tradicionais não operam corretamente nestas condições. Esta tese foca-se no desenvolvimento de um acelerómetro MEMS ressonante baseado em ressonadores DETF ("double-ended tuning fork"). O sensor proposto é composto por dois ressonadores numa configuração diferencial para minimizar os efeitos de modo comum, ao qual foram adicionadas alavancas para aumentar a sensibilidade. Os dispositivos foram fabricados num processo standard de microfabricação na Bosch e encapsulados em vácuo. Foi desenvolvido um sistema que permite operar os ressonadores em malha aberta e malha fechada. Em malha fechada, a frequência de excitação dos DETF é constantemente atualizada, aumentando a linearidade e gama de medição. Após a caraterização exaustiva realizada é possível destacar uma alta sensibilidade (170.7 Hz/g) e boa não-linearidade (<0.63 %), em dimensões reduzidas (0.25 mm2), uma largura de banda de 63 Hz e uma gama de medida de ±5 g. Adicionalmente, é ainda apresentado um magnetómetro MEMS diferencial e modulado em frequência, que permite provar a deteção de campo magnético com DETFs. O sensor é também composto por um transdutor de força de Lorentz, tendo sido otimizado para aumentar a sua sensibilidade. Os magnetómetros foram fabricados no INL num processo SOI e é também apresentada a sua validação experimental.

Name thesis:degree_name

Tese de Doutoramento (Programa Doutoral em Sistemas Avançados de Engenharia para a Indústria)

Grantor

Universidade do Minho

Year dc:date.issued

2020

Author dc:creator

• Moreira, Eurico Esteves

Advisors dc:contributor.advisor

• Gaspar, João Carlos Azevedo
• Cabral, Jorge Miguel Nunes dos Santos
• Rocha, Luís Alexandre Machado da

• MEMS
• acelerómetro ressonante
• magnetómetro MEMS
• vácuo
• resonant accelerometer
• frequency-modulated magnetometer
• vacuum encapsulation

Statement dc:rights

• openAccess

Licence dc:rights.uri

• http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/

Language dc:language.iso

eng

Handle dc:identifier.uri

https://hdl.handle.net/1822/76837

OAI record oai:identifier

http://repositorium.sdum.uminho.pt/oai/request?verb=GetRecord&metadataPrefix=dim&identifier=oai%3Arepositorium.uminho.pt%3A1822%2F76837