دانلود پروژه روش های کاهش نویز در مدارهای الکترونیکی (word)

لینک دانلود و خرید پایین توضیحات

فرمت فایل word  و قابل ویرایش و پرینت

تعداد صفحات: 21

روش های کاهش نویز در مدارهای الکترونیکی

مقدمه

به جرئت می توان گفت که طراحی منطق یک مدار الکترونیکی تنها قسمت کوچکی از کل کاری است که برای تولید صنعتی آن مدار صورت می گیرد .

نکاتی از قبیل در نظر گرقتن اثر قطعات بکار رفته در مدار ، طراحی محافظ 1 برای قسمت مختلف مدار ، بکار بردن روش هایی برای کم کردن اثر نویز در مدارها ، طراحی مدار چاپی با رعایت استاندارد لازم (برای کاهش تداخل الکترو مغناطیسی) انتخاب نوع آی سی های به کار رفته در مدار ، طراحی فیلتر برای قسمت های مختلف مدار ، وجز آن ، همه و همه از مسائلی هستند که در کارامد بودن مدار اثر سرنوشت سازی دارند . شاید به همین علت است که کمتر کسی پس از طراحی مدار روی کاغذ ، جرئت می کند اقدام به ساختن آن کند .

این مقاله به یکی از این مسائل یعنی کاهش اثر نویز در مدارهای الکترونیکی پرداخته است ، آن هم از دیدگاهی خاص یعنی عرضه روش های عملی برای این مقصود . برای بررسی دقیق تر ، گذراندن درس سازگاری الکترو مغناطیسی (EMC) توصیه می شود .

سیستم های الکترنیکی باید طوری طراحی و ساخته شوند که دو شرط زیر را داشته باشند .

1- خود منبع نویز نباشند . ( قسمت های دیجیتالی مدار ، فرستنده های رادیویی ، و کامپیوترها ، نمونه هایی از منابع نویز اند )

2- به نویز خارجی حساس نباشند .

به عبارت دیگر سیستم های الکترونیکی باید بتوانند در شرایط صنعتی به خوبی کار کنند و نویز سیتم های الکتریکی و الکترونیکی دیگر ( مانند لامپ های فلورسنت و نئون ، خطوط قدرت ، فرستنده ها ، وسایل الکترونیک دیجیتال و جز آن) روی آنها اثری نداشته باشد . از طرفی خود این سیستم ها باید طوری طراحی شوند که قسمتی از آنها روی قسمت های دیگر تداخل ایجاد نکند .

سازگاری الکترو مغناطیسی (EMC)

یک سیستم الکتریکی وقتی دارای سازگاری الکترو مغناطیسی است که بتواند در محیط الکترو مغناطیسی مورد نظر به خوبی کار کند و خود منبع نویز نباشد .

با توجه به اهمیت EMC ، استاندردهای متفاوتی را مراجع ذیصلاح برای دستگاه های الکترونیکی وضع کرده اند . برای مثال FCC 2 استانداردهایی را برای حداکثر تشعشع الکترو مغناطیسی وسایل الکترونیکی دارد و لازم است این استانداردها به دقت رعایت شوند و گرنه دستگاه های ساخته شده اجازه ندارند به بازار عرضه شوند . عوامل لازم برای تاثیر نویز عبارتند از : منبع نویز ، کانال کوپلاژ ، و گیرنده نویز .

نویز به روش های زیر به سیستم های الکترونیکی نفوذ می کند .

● کوپلاژ توسط میدان های الکتریکی و مغناطیسی ( و الکترو مغناطیسی ) مانند تشعشع الکترو مغناطیسی .

● کوپلاژ هدایتی مانند انتقال نویز از طریق خط تغذیه مشترک .

روش های مختلفی برای کاهش اثر نویز در مدارهای الکتریکی وجود دارد . در این مقاله تعدادی از این روش ها را به اجمال بررسی می کنیم و تحقیق بیشتر و دقیق تر را به خواننده وامی گذاریم .

1 زمین کردن صحیح

همانطور که می دانید کابل های استاندارد تغذیه سه سیم دارند : فاز ، نول ، و سیم زمین . سیم زمین معمولاً به (( چاه زمین )) ساختمان متصل می شود و در پتانسیل زمین قرار دارد . معمولاً بدنه دستگاه های الکتریکی به سیم متصل می شوند تا از حوادثی مانند برق گرفتگی جلوگیری شود .

برخی از نکات مهمی که در طراحی زمین سیستم های الکترونیکی وجود دارد در ادامه بیان می شود .

11 کاهش امپدانی مشترک

هنگام طراحی مدار ، می توان به دو صورت قسمت های مختلف را به زمین متصل کرد .

در نگاه اول ممکن است تفاوتی بین این دو روش مشاهده نشود اما از آنجایی که هادی های به کار رفته برای اتصال زمین ، هادی کامل نیستند ، امپدانسی بین هر قسمت مدار و زمین وجود دارد . می توان دید که در اتصال سری زمین ، یک امپدانس مشترک بین گروه های زمین مدار وجود دارد . بنابراین تغیرات سریع جریان تغذیه در مدارهای 1 و 2 باعث تغییر پتانسیل زمین مدار 3 می شود و بدین ترتیب می توانند در مدار 3 ایجاد تداخل کنند .

اما اگر قسمت های مختلف مدار را به صورت موازی زمین کنیم ، این مشکل برطرف می شود .

روش دیگر برای کاهش امپدانس مشترک استفاده از (( صفحه زمین )) است .

صفحه زمین یک لایه هادی با عرض زیاد است که امپدانس بسیار کمی دارد .

دایره های عدد نویز 32 ص

لینک دانلود و خرید پایین توضیحات

فرمت فایل word  و قابل ویرایش و پرینت

تعداد صفحات: 32

P502.

7.5 دایره های عدد نویز

در بسیاری از تقویت کننده های RF، برای تقویت سیگنال در سطح نویز حداقل, نیازمند یک سیستم حساب شده می باشیم. متاسفانه طراحی یک تقویت کننده کم نویز با فاکتوهایی نظیر پایداری و بهره سنجیده می شود, برای نمونه در ماکزیمم بهره، نویز حداقل نمی تواند بدست آید. بنابراین اهمیت دارد که روشهایی را که به ما اجازه می دهند که نویز موثر را به عنوان قسمتی از نمودار اسمیت برای هدایت شباهت ها و مشاهده توازن ما بین گین و پایداری نشان می دهد توسعه می دهیم.

از یک نمای تمرینی، جزء موثر تحلیل نویز ، عدد نویز تقویت کننده دو پورتی در فرم ادمیتانسی است .

9.73 2

و یا فرم معادل امپدانسی 9.74

که امپدانس منبع است .

هر دو معادله از ضمیمه H مشتق شده‌اند. هنگام استفاده از ترانزیستور بطور معمول چهار پارامتر نویز شناخته می شوند که از طریقdatasheet کارخانه سازنده FET یاBJT یا از طریق اندازه گیریهای مستقیم بدست می آیند . آنها عبارتند از :

- عدد نویز حداقل (همچنین اپتیمم نیز نامیده می شود) که رفتارش بستگی به شرایط پایه ای و عملکرد فرکانسی دارد . اگر وسیله, نویزی نداشته باشد ما میتوانیم Fmin را برابر 1 بدست آوریم.

- مقاومت معادل نویز که برابر عکس رسانایی وسیله میباشد

P 503.

- ادمیانس اپتیمم منبع

بجای امپدانس یا ادمیتانس ، ضریب انعکاس اپتیممoptاغلب لیست می شود. ارتباط ما بین و بوسیله رابطه زیر بیان میشود:

9.75

از زمان انتخاب پارامتر S به عنوان مناسب ترین گزینه برای طرحهای فرکانس بالا ما رابطه9.73را به فرمی تبدیل کردیم که ادمیتانسها با ضرایب انعکاس جایگزین شوند.در کنار 9.75 ما از رابطه زیر در 9.73 استفاده می کنیم :

GS می تواند بصورت نوشته شود و نتیجه نهایی بصورت زیر است :

در رابطه 9.77 مقدار Fmin و Rn و شناخته شده هستند.

بطور کلی مهندس طراح برای تنظیم آزادی عمل دارد تا عدد نویز را تحت تاثیر قرار دهد . برای Гs=Гopt می دانیم که کمترین مقدار ممکن عدد نویز برایF= بدست می آید . برای جواب دادن به این سوال که چگونه با یک عدد نویز خاص اجازه می دهند که بگوییم Fk با Гs مرتبط است رابطه 9.77 را باید بصورت زیر بنویسیم:

که عناصر موجود در طرف راست یک شکل معادله برگشتی را ارائه می دهند . یک ثابت Qk که با معادله زیر بیان می شودمعرفی میکنیم:

و ارنج دوباره عبارتها معادله زیر را می دهد:

تقسیم شدن بر (1+Qk) و به توان دو رساندن بعد از مقداری عملیات جبری نتیجه می‌دهد:

.P 504

این یک معادله برگشتی مورد نیاز در فرم استاندارد است که می تواند بعنوان قسمتی از نمودار اسمیت ظاهر شده باشد .

که موقعیت مرکز دایره dFK با عدد کمپلکس زیر نشان داده شده است :

و با شعاع

دو نکته جالب توجه و جود دارد که از معادله های 9.83 و 9.84 بدست می‌آیند .

منیمم عدد نویز برای FK=Fmin بدست می آید که با مکان شعاع هماهنگی دارد .

همه مراکز دایره های نویز ثابت در طول یک خط از محیط به نقطه کشیده شده‌اند عدد نویز بزرگتر نزدیکتر به مرکز dFk به سمت محیط حرکت می کند و شعاع rFK بزرگتر می شود . مثال زیر توازن بین بهره و عدد نویز را برای تقویت کننده سیگنال کوچک نشان می دهد .

P 505.

مثال 9.14: یک تقویت کننده سیگنال کوچک برای عدد نویز مینیم وگین مشخص با استفاده از ترانزیستورهای یکسان مانند مثال 9-13 طراحی کنید. یک تقویت کننده قدرت نویز پایین با 8dB بهره و عدد نویزی که کمتر از 1.6dB است رامیتوان بافرض این که که ترانزیستورهاپارامترهای نویز زیررا دارندdB Fmin=1.5 ، طراحی کرد.

حل : عدد نویز مستقل از ضریب انعکاس بار است. هر چند تابعی از امپدانس منبع است .

پس مپ کردن دایره گین ثبت بدست آمده در مثال 9.13 به پلان آسان است. با بکار بردن معادلات 9.64 و 9.65 و مقادیر مثال 9.13 با مرکز و شعاع دایره گین ثابت را پیدا می کنیم: 18º dgs=0.29

یک قرار گرفته در هر جای روی این دایره، مقدار گین مورد نیاز را بر آورده خواهد کرد .

هر چند برای اینکه به جزئیات عدد نویز دست یابیم باید مطمئن باشیم که داخل دایره نویز ثابت FK=2dB قرار دارد.

مرکز دایره نویز ثابت و شعاع آن به ترتیب با استفاده از معادله های 9.83 و 9.84 محاسبه شده اند.

آنها با هم در زیر با ضریب QK لیست شده اند 9.79 را ببینید:

QK=0.2 dFK=0.42 < 45 , rFk=0.36

دایره های آمدهG=8dB و Fk=1.6dB در شکل 9.17 نشان داده شده اند.

شکل 9.17

توجه شود که ماکزیمم بهره قدرت در نقطه ای بدست آمده که

P506.

(مثال 9.11 را برای محاسبات جزئیات ببینید) هرچند عدد نویز مینمم در بدست آمده است که برای این مثال نشان می دهد که دسترسی به ماکزیمم بهره و مینیم عدد نویز بطور همزمان غیر ممکن است. آشکار است که بعضی از توافقات باید صورت گیرد.

برای کوچک کردن عدد نویز برای یک گین داده شده ، ما باید ضریب انعکاس منبع را تا حد امکان نزدیک یه بر گزینیم تا زمانیکه هنوز روی دایره بهره ثابت بماند . با بکار بردن رابطه 9.62 و انتخاب دلخواه ، را بدست می دهد.

عدد نویز تقویت کننده با استفاده از رابطه 9.77 بدست میآید:

9.6 دایره های VSWR ثابت .

در بسیاری از موارد تقویت کننده باید زیر یک مقدار VSWR مشخص که در پورت ورودی و خروجی تقویت کننده اندازه گیری شده بمانند . رنج تغیرات VSWR بین [1.5 , 2.5] باشد1.5<=VSWR<=2.5 همانگونه که از بحثمان در فصل 8 می دانیم , هدف از شبکه های تطبیق اساسا جهت کاهش VSWR در ترانزیستوراست. مشکل از این حقیقت ناشی می شود که, VSWR ورودی (یا (VSWRIMN در ورودی شبکه تطبیق مشخص شده است که در برگشت بوسیله جزءهای اکتیو و از طریق فیدبک بوسیله شبکه تطبیق خروجی (OMN) تحت تاثیر است بر عکس VSWR خروجی (یا (VSWROMN بوسیله OMN و دوباره از طریق فید بک بوسیله IMN مشخص شده است . این گفته ها به یک طرح دو جانبه نزدیک است همانگونه که در بخش 9.4.3 بحث شد.

سنسور

لینک دانلود و خرید پایین توضیحات

فرمت فایل word  و قابل ویرایش و پرینت

تعداد صفحات: 70

پهنای باند، سطح نویز، حساسیت محوری، drift، خطی بودن، محدوده دینامیک، قابلیت ابقا شوک و مصرف توان می باشد. فرکانس رزونانس نیز مهم است زیرا محدوده مفید فرکانس بالای سنسور معمولاً کسری از فرکانس رزونانس است، در حالی که حساسیت و جابجایی به ازای هر g شتاب را تعیین می کند.

به طوری که :

dg : جابجایی به ازای هر g

M و Ksp: جرم و ثابت فنر قطعه

g : 9.8

Wo : فرکانس رزونانس زاویه ای

عموماً جابجایی عنصر حسگر بخش ضروری فرآیند حس کردن می باشد و dg بخش بهره حلقه باز سنسور است، بنابراین منجر به رابطه شدیداً معکوس بین حساسیت و پهنای باند برای هر کلاسی از سنسورها می شود.

نویز در شتاب سنج ها مشکلاتی بوجود می آورد. برای خود سنسور، برای خروجی الکترونیکی اش، برای damping مکانیکی و همه مقاومت های الکتریکی، سنسورهای MEMS خیلی کوچک هستند بنابراین نویز جانسون مقاومتهای مکانیکی باید در نظر گرفته شوند، در حالی که در سنسورهای بزرگتر این مشکل وجود ندارد.

تنها یک باکتری یا گرده خاک می تواند نیروی بزرگی را روی اجزا MEMS ایجاد کند. نیروی Brownian عبارتست از :

F B =

که باعث حرکت Brownian می شود ( X B ) :

= X B

در حالی که :

D = ضریب Damping جرم مرجع که به وسیله ثابت فنر تأمین می شود. پاسخ به شتابی که حرکت یکسانی را تولید می کند، X B :

Q

W0 =

g =

نویز شتابی معادل Brownian را می دهد.

g n,B

از معادله بالا می بینیم که یک جرم بزرگ و Q بزرگ (damping کم ) در به دست آوردن سطح نویز کم کمک می کند. برای دستیابی به جرم بزرگی در یک سنسور میکروماشین شده نوعاً به یک ویفری که یک جرم مرجع ضخیمی بیرون آن تراشیده شده است، نیاز است. برای نویز خیلی کم، ثابت damping باید وسیله معلق کردن جرم مرجع در یک خلا از فنرهای الاستیک خالص کاهش یابد. فیدبک از دور زدن در حوالی فرکانس رزونانس جلوگیری می کند.

میکرو سنسور شتاب

میکرو شتاب سنج ها یکی دیگر از ادوات مهم MEMS هستند. همه سنسورهای شتاب دارای یک جسم سنگین هستند که تقریباً معلق است و از یک یا چند طرف با میله هایی به یک قاب وصل شده است. تحت تأثیر شتاب، اینرسی جسم باعث می شود که نیرویی به آن وارد شود و کمی جابجا شود. شتاب با خواندن تنش وارده شده به میله ها که روی آنها piezo-resistor ها هستند، اندازه گیری می شود، اولین میکرو شتاب سنج ها 1970 ساخته شدند و از همان آغاز برای اندازه گیری استرس وارد شده به پایه های جسم معلق، از مقاومت پیزو استفاده شد. برای جلوگیری از انحراف بیش از حد جسم معلق می توان صفحات محفظه را با فاصله کمی از جسم ساخت یا این که جسم معلق را در محفظه ای پر از روغن قرار داد.

شکل 3 – 6

شتاب سنج ها دو دسته هستند. یک دسته حساسیت کمی دارند و شتاب های زیاد را اندازه می گیرند. از این شتاب سنج ها در سیتم ترمز ( Antilok Brake System )، سیستم تعلیق ( Automatic Balance Control ) و سیستم کیسه هوایی خودروها می توان استفاده کرد. نوع دیگر حساسیت زیادی دارند و می توان از آنها در ربات ها، سیستم هدایت اتومبیل و نیز ناوبری هواپیما و فضا پیما و زیر دریایی ها استفاده کرد. لازم به ذکر است که هر شتاب سنج، شتاب را فقط در یک جهت اندازه می گیرد و برای اندازه گیری شتاب در دستگاه مختصات سه بعدی باید از سه شتاب سنج عمود بر هم استفاده کرد.

علاوه بر شتاب سنج های ساخته شده با میکروماشینینگ توده ای که در دهه 1980 به بازار آمدند ( از طرف IC Sensor, Lucas Nova Sensor )، شتاب سنج های ساخته شده با میکروماشینینگ سطحی نیز اخیراً برای کاربرد سیستم کیسه هوایی خودروها وارده بازار شده اند. ( ADXL50 از Analog Devices، MMAS40G از Motorolla ) سیستم باز کردن کیسه هوایی، یکی از کاربردهای نسبتاً جدید میکرو شتاب سنج ها ست. در این سیستم ها هنگامی که خودرو، شتاب منفی زیادی پیدا می کند، به کیسه هوایی فرمان باز شدن داده می شود. سنسورهای بکار رفته در این سیستم ها باید دارای اندازه کوچک، کیفیت بالا و قیمیت کم باشند. قیمت هر یک از این سنسورها در سال 97 حدود 4 دلار بوده که در سال 2000 به 2 دلار رسید.

این نسل های جدید شتاب سنج ها برای کارایی بیشتر، شامل یک مدار مجتمع پیچیده نیز هستند. سنسورهای بر مبنای اینرسی شامل سنسورهای شتاب و ژیروسکوپ های ناوبری در سال 2000 بازاری حدود 7/2 میلیارد دلار داشتند.

3 – 2 – 1 – سنسور شتاب مبتنی بر مقاومت پیزو

طرز کار این سنسورها قبلاً توضیح داده شد و ساختار و روش ساخت آن نیز شبیه سنسورهای فشار مبتنی بر مقاومت پیزو است. طرح ساده یک نمونه آن که دارای 4 پایه است در شکل زیر دیده می شود.

شکل 3 – 7

3- 2 – 2 – سنسور شتاب خازنی

طرز کار و ساختار این سنسور ها شبیه فشار سنج های خازنی است. به این ترتیب که یکی از صفحات خازن در نقش جسم

روش های کاهش نویز در مدارهای الکترونیکی

لینک دانلود و خرید پایین توضیحات

فرمت فایل word  و قابل ویرایش و پرینت

تعداد صفحات: 24

روش های کاهش نویز در مدارهای الکترونیکی

مقدمه

به جرئت می توان گفت که طراحی منطق یک مدار الکترونیکی تنها قسمت کوچکی از کل کاری است که برای تولید صنعتی آن مدار صورت می گیرد .

نکاتی از قبیل در نظر گرقتن اثر قطعات بکار رفته در مدار ، طراحی محافظ 1 برای قسمت مختلف مدار ، بکار بردن روش هایی برای کم کردن اثر نویز در مدارها ، طراحی مدار چاپی با رعایت استاندارد لازم (برای کاهش تداخل الکترو مغناطیسی) انتخاب نوع آی سی های به کار رفته در مدار ، طراحی فیلتر برای قسمت های مختلف مدار ، وجز آن ، همه و همه از مسائلی هستند که در کارامد بودن مدار اثر سرنوشت سازی دارند . شاید به همین علت است که کمتر کسی پس از طراحی مدار روی کاغذ ، جرئت می کند اقدام به ساختن آن کند .

این مقاله به یکی از این مسائل یعنی کاهش اثر نویز در مدارهای الکترونیکی پرداخته است ، آن هم از دیدگاهی خاص یعنی عرضه روش های عملی برای این مقصود . برای بررسی دقیق تر ، گذراندن درس سازگاری الکترو مغناطیسی (EMC) توصیه می شود .

سیستم های الکترنیکی باید طوری طراحی و ساخته شوند که دو شرط زیر را داشته باشند .

1- خود منبع نویز نباشند . ( قسمت های دیجیتالی مدار ، فرستنده های رادیویی ، و کامپیوترها ، نمونه هایی از منابع نویز اند )

2- به نویز خارجی حساس نباشند .

به عبارت دیگر سیستم های الکترونیکی باید بتوانند در شرایط صنعتی به خوبی کار کنند و نویز سیتم های الکتریکی و الکترونیکی دیگر ( مانند لامپ های فلورسنت و نئون ، خطوط قدرت ، فرستنده ها ، وسایل الکترونیک دیجیتال و جز آن) روی آنها اثری نداشته باشد . از طرفی خود این سیستم ها باید طوری طراحی شوند که قسمتی از آنها روی قسمت های دیگر تداخل ایجاد نکند .

سازگاری الکترو مغناطیسی (EMC)

یک سیستم الکتریکی وقتی دارای سازگاری الکترو مغناطیسی است که بتواند در محیط الکترو مغناطیسی مورد نظر به خوبی کار کند و خود منبع نویز نباشد .

با توجه به اهمیت EMC ، استاندردهای متفاوتی را مراجع ذیصلاح برای دستگاه های الکترونیکی وضع کرده اند . برای مثال FCC 2 استانداردهایی را برای حداکثر تشعشع الکترو مغناطیسی وسایل الکترونیکی دارد و لازم است این استانداردها به دقت رعایت شوند و گرنه دستگاه های ساخته شده اجازه ندارند به بازار عرضه شوند . عوامل لازم برای تاثیر نویز عبارتند از : منبع نویز ، کانال کوپلاژ ، و گیرنده نویز .

نویز به روش های زیر به سیستم های الکترونیکی نفوذ می کند .

● کوپلاژ توسط میدان های الکتریکی و مغناطیسی ( و الکترو مغناطیسی ) مانند تشعشع الکترو مغناطیسی .

● کوپلاژ هدایتی مانند انتقال نویز از طریق خط تغذیه مشترک .

روش های مختلفی برای کاهش اثر نویز در مدارهای الکتریکی وجود دارد . در این مقاله تعدادی از این روش ها را به اجمال بررسی می کنیم و تحقیق بیشتر و دقیق تر را به خواننده وامی گذاریم .

1 زمین کردن صحیح

همانطور که می دانید کابل های استاندارد تغذیه سه سیم دارند : فاز ، نول ، و سیم زمین . سیم زمین معمولاً به (( چاه زمین )) ساختمان متصل می شود و در پتانسیل زمین قرار دارد . معمولاً بدنه دستگاه های الکتریکی به سیم متصل می شوند تا از حوادثی مانند برق گرفتگی جلوگیری شود .

برخی از نکات مهمی که در طراحی زمین سیستم های الکترونیکی وجود دارد در ادامه بیان می شود .

11 کاهش امپدانی مشترک

هنگام طراحی مدار ، می توان به دو صورت قسمت های مختلف را به زمین متصل کرد .

در نگاه اول ممکن است تفاوتی بین این دو روش مشاهده نشود اما از آنجایی که هادی های به کار رفته برای اتصال زمین ، هادی کامل نیستند ، امپدانسی بین هر قسمت مدار و زمین وجود دارد . می توان دید که در اتصال سری زمین ، یک امپدانس مشترک بین گروه های زمین مدار وجود دارد . بنابراین تغیرات سریع جریان تغذیه در مدارهای 1 و 2 باعث تغییر پتانسیل زمین مدار 3 می شود و بدین ترتیب می توانند در مدار 3 ایجاد تداخل کنند .

اما اگر قسمت های مختلف مدار را به صورت موازی زمین کنیم ، این مشکل برطرف می شود .

سنسور

لینک دانلود و خرید پایین توضیحات

فرمت فایل word  و قابل ویرایش و پرینت

تعداد صفحات: 70

پهنای باند، سطح نویز، حساسیت محوری، drift، خطی بودن، محدوده دینامیک، قابلیت ابقا شوک و مصرف توان می باشد. فرکانس رزونانس نیز مهم است زیرا محدوده مفید فرکانس بالای سنسور معمولاً کسری از فرکانس رزونانس است، در حالی که حساسیت و جابجایی به ازای هر g شتاب را تعیین می کند.

به طوری که :

dg : جابجایی به ازای هر g

M و Ksp: جرم و ثابت فنر قطعه

g : 9.8

Wo : فرکانس رزونانس زاویه ای

عموماً جابجایی عنصر حسگر بخش ضروری فرآیند حس کردن می باشد و dg بخش بهره حلقه باز سنسور است، بنابراین منجر به رابطه شدیداً معکوس بین حساسیت و پهنای باند برای هر کلاسی از سنسورها می شود.

نویز در شتاب سنج ها مشکلاتی بوجود می آورد. برای خود سنسور، برای خروجی الکترونیکی اش، برای damping مکانیکی و همه مقاومت های الکتریکی، سنسورهای MEMS خیلی کوچک هستند بنابراین نویز جانسون مقاومتهای مکانیکی باید در نظر گرفته شوند، در حالی که در سنسورهای بزرگتر این مشکل وجود ندارد.

تنها یک باکتری یا گرده خاک می تواند نیروی بزرگی را روی اجزا MEMS ایجاد کند. نیروی Brownian عبارتست از :

F B =

که باعث حرکت Brownian می شود ( X B ) :

= X B

در حالی که :

D = ضریب Damping جرم مرجع که به وسیله ثابت فنر تأمین می شود. پاسخ به شتابی که حرکت یکسانی را تولید می کند، X B :

Q

W0 =

g =

نویز شتابی معادل Brownian را می دهد.

g n,B

از معادله بالا می بینیم که یک جرم بزرگ و Q بزرگ (damping کم ) در به دست آوردن سطح نویز کم کمک می کند. برای دستیابی به جرم بزرگی در یک سنسور میکروماشین شده نوعاً به یک ویفری که یک جرم مرجع ضخیمی بیرون آن تراشیده شده است، نیاز است. برای نویز خیلی کم، ثابت damping باید وسیله معلق کردن جرم مرجع در یک خلا از فنرهای الاستیک خالص کاهش یابد. فیدبک از دور زدن در حوالی فرکانس رزونانس جلوگیری می کند.

میکرو سنسور شتاب

میکرو شتاب سنج ها یکی دیگر از ادوات مهم MEMS هستند. همه سنسورهای شتاب دارای یک جسم سنگین هستند که تقریباً معلق است و از یک یا چند طرف با میله هایی به یک قاب وصل شده است. تحت تأثیر شتاب، اینرسی جسم باعث می شود که نیرویی به آن وارد شود و کمی جابجا شود. شتاب با خواندن تنش وارده شده به میله ها که روی آنها piezo-resistor ها هستند، اندازه گیری می شود، اولین میکرو شتاب سنج ها 1970 ساخته شدند و از همان آغاز برای اندازه گیری استرس وارد شده به پایه های جسم معلق، از مقاومت پیزو استفاده شد. برای جلوگیری از انحراف بیش از حد جسم معلق می توان صفحات محفظه را با فاصله کمی از جسم ساخت یا این که جسم معلق را در محفظه ای پر از روغن قرار داد.

شکل 3 – 6

شتاب سنج ها دو دسته هستند. یک دسته حساسیت کمی دارند و شتاب های زیاد را اندازه می گیرند. از این شتاب سنج ها در سیتم ترمز ( Antilok Brake System )، سیستم تعلیق ( Automatic Balance Control ) و سیستم کیسه هوایی خودروها می توان استفاده کرد. نوع دیگر حساسیت زیادی دارند و می توان از آنها در ربات ها، سیستم هدایت اتومبیل و نیز ناوبری هواپیما و فضا پیما و زیر دریایی ها استفاده کرد. لازم به ذکر است که هر شتاب سنج، شتاب را فقط در یک جهت اندازه می گیرد و برای اندازه گیری شتاب در دستگاه مختصات سه بعدی باید از سه شتاب سنج عمود بر هم استفاده کرد.

علاوه بر شتاب سنج های ساخته شده با میکروماشینینگ توده ای که در دهه 1980 به بازار آمدند ( از طرف IC Sensor, Lucas Nova Sensor )، شتاب سنج های ساخته شده با میکروماشینینگ سطحی نیز اخیراً برای کاربرد سیستم کیسه هوایی خودروها وارده بازار شده اند. ( ADXL50 از Analog Devices، MMAS40G از Motorolla ) سیستم باز کردن کیسه هوایی، یکی از کاربردهای نسبتاً جدید میکرو شتاب سنج ها ست. در این سیستم ها هنگامی که خودرو، شتاب منفی زیادی پیدا می کند، به کیسه هوایی فرمان باز شدن داده می شود. سنسورهای بکار رفته در این سیستم ها باید دارای اندازه کوچک، کیفیت بالا و قیمیت کم باشند. قیمت هر یک از این سنسورها در سال 97 حدود 4 دلار بوده که در سال 2000 به 2 دلار رسید.

این نسل های جدید شتاب سنج ها برای کارایی بیشتر، شامل یک مدار مجتمع پیچیده نیز هستند. سنسورهای بر مبنای اینرسی شامل سنسورهای شتاب و ژیروسکوپ های ناوبری در سال 2000 بازاری حدود 7/2 میلیارد دلار داشتند.

3 – 2 – 1 – سنسور شتاب مبتنی بر مقاومت پیزو

طرز کار این سنسورها قبلاً توضیح داده شد و ساختار و روش ساخت آن نیز شبیه سنسورهای فشار مبتنی بر مقاومت پیزو است. طرح ساده یک نمونه آن که دارای 4 پایه است در شکل زیر دیده می شود.

شکل 3 – 7

3- 2 – 2 – سنسور شتاب خازنی

طرز کار و ساختار این سنسور ها شبیه فشار سنج های خازنی است. به این ترتیب که یکی از صفحات خازن در نقش جسم