Please use this identifier to cite or link to this item: https://hdl.handle.net/1822/41942

TitleMecanismo de compensação de temperatura para sensores MEMS baseados na tensão de pull-in
Other titlesThermal compensation mechanism for pull-in based MEMS sensors
Author(s)Lima, Vasco António Lourenço
Advisor(s)Rocha, Luís Alexandre Machado
Cabral, Jorge
KeywordsMicro-inclinómetro
Pull-in
MEMS
Compensação de temperatura
Micro-inclinometer
Temperature compensation
Issue date2013
Abstract(s)Atualmente, 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).
TypeMaster thesis
DescriptionDissertação de mestrado integrado em Engenharia Eletrónica Industrial e Computadores
URIhttps://hdl.handle.net/1822/41942
AccessOpen access
Appears in Collections:BUM - Dissertações de Mestrado
DEI - Dissertações de mestrado

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