‫دانشگاه‬‫آزاد‬‫اسالمی‬‫واحد‬‫تبریز‬
‫دانشکده‬‫مکانیک‬،‫مکاترونیک‬
‫روش‬‫های‬‫شتاب‬ ‫سنجش‬ ‫مختلف‬‫در‬MEMS
: ‫استاد‬‫والدی‬ ‫دکتر‬ ‫آقای‬ ‫جناب‬
‫دانشجو‬:‫کثیری‬ ‫باقرزاده‬ ‫سامان‬
900755904
‫مکاترونیک‬2
‫زمستان‬1991
1-‫شتاب‬ ‫کلی‬ ‫اصول‬ ‫بر‬ ‫ای‬ ‫مقدمه‬‫سنج‬‫ها‬
‫روش‬‫های‬‫مختلفی‬‫و‬ ‫شتاب‬ ‫سنجش‬ ‫جهت‬‫که‬ ‫دارند‬ ‫جود‬‫تقریبا‬‫تمامی‬‫آن‬‫ها‬‫مبتنی‬‫بر‬‫مکانیزم‬
‫وزنه‬،‫فنر‬‫و‬‫میراگر‬‫می‬‫باشند‬‫که‬‫به‬ ‫توجه‬ ‫با‬‫نیوتون‬ ‫دوم‬ ‫قانون‬‫به‬ ‫که‬ ‫زمانی‬‫وارد‬ ‫شتاب‬ ‫وزنه‬
‫می‬‫شود‬‫شده‬ ‫آن‬ ‫جابجایی‬ ‫باعث‬‫گیری‬ ‫اندازه‬ ‫با‬ ‫و‬‫جابجایی‬ ‫این‬‫سیستم‬ ‫مدل‬ ‫بودن‬ ‫مشخص‬ ‫و‬
‫می‬‫توان‬‫بدست‬ ‫را‬ ‫شتاب‬‫آورد‬.
‫فنر‬ ‫سختی‬ ‫میزان‬ ‫تغییر‬ ‫با‬،‫گری‬ ‫میرا‬ ‫مقدار‬ ‫و‬ ‫وزنه‬ ‫جرم‬‫می‬‫توان‬‫و‬ ‫دینامیک‬ ‫پارامترهای‬
‫تشدید‬ ‫فرکانس‬ ‫قبیل‬ ‫از‬ ‫را‬ ‫سیستم‬ ‫استاتیک‬،‫سیستم‬ ‫باند‬ ‫پهنای‬،‫پایداری‬ ‫زمان‬‫اندازه‬ ‫سرعت‬ ‫و‬
‫را‬ ‫گیری‬‫دلخواه‬ ‫به‬.‫داد‬ ‫تغییر‬‫سیستم‬ ‫یک‬ ‫در‬ ‫تغییر‬ ‫محدوده‬ ‫البته‬‫حلقه‬‫ایجاد‬ ‫با‬ ‫که‬ ‫بوده‬ ‫کم‬ ‫باز‬
‫بسته‬ ‫حلقه‬ ‫سیستم‬ ‫یک‬‫می‬‫توان‬‫را‬ ‫فوق‬ ‫های‬ ‫پارامتر‬‫ای‬ ‫سیستم‬ ‫به‬ ‫و‬ ‫کرد‬ ‫کنترل‬ ‫بیشتر‬‫د‬‫ه‬‫ال‬
‫نزدیک‬‫تر‬. ‫شد‬‫در‬‫برخی‬‫سیستم‬‫های‬‫اندازه‬‫از‬ ‫استفاده‬ ‫با‬ ‫شتاب‬ ‫گیری‬‫قوانین‬‫ترمودینامیک‬
‫صورت‬‫می‬‫گیرد‬‫جرم‬ ‫مکانیزم‬ ‫از‬ ‫و‬‫و‬‫فنر‬‫استفاده‬‫نمی‬‫شود‬.‫دارند‬ ‫محدودی‬ ‫استفاده‬ ‫که‬‫ایده‬ ‫هدف‬
‫شتاب‬ ‫طراحی‬ ‫در‬ ‫ال‬‫سنج‬‫ها‬‫دینامیکی‬ ‫خوب‬ ‫پاسخ‬ ، ‫خطی‬ ‫بسیار‬ ،‫نویز‬ ‫کم‬ ‫سیستم‬ ‫یک‬ ‫به‬ ‫رسیدن‬
‫باال‬ ‫پایداری‬ ‫و‬ ‫محیط‬ ‫دمای‬ ‫به‬ ‫کم‬ ‫وابستگی‬ ، ‫توان‬ ‫کم‬ ‫مصرف‬ ، ‫سنج‬ ‫شتاب‬‫می‬‫باشد‬.‫به‬‫طور‬
‫کلی‬‫سیستم‬‫ها‬‫طراحی‬ ‫بسته‬ ‫حلقه‬ ‫و‬ ‫باز‬ ‫حلقه‬ ‫صورت‬ ‫دو‬ ‫به‬‫می‬‫شوند‬‫که‬‫سیستم‬‫های‬‫باز‬ ‫حلقه‬
‫سا‬‫استفاده‬ ‫حساس‬ ‫غیر‬ ‫کاربردهای‬ ‫در‬ ‫و‬ ‫بوده‬ ‫تر‬ ‫ده‬‫می‬‫شوند‬‫و‬‫سیستم‬‫های‬‫قیمت‬ ‫گران‬ ‫بسته‬ ‫حلقه‬
‫و‬‫پیچیده‬.‫داشت‬ ‫خواهند‬ ‫تری‬ ‫باال‬ ‫کیفیت‬ ‫ولی‬ ‫بوده‬
1-1:‫سیستم‬‫های‬‫ح‬‫لقه‬( ‫باز‬open loop system: )
‫که‬ ‫صورتی‬ ‫در‬‫سیگنال‬‫های‬‫سنسور‬ ‫از‬ ‫حاصل‬‫به‬‫طور‬‫استفاده‬ ‫مورد‬ ‫مستقیم‬‫قرار‬
‫سی‬ ‫یک‬ ‫گیرد‬‫پارامتر‬ ‫به‬ ‫رسیدن‬ ‫برای‬ ‫سیستم‬ ‫نوع‬ ‫این‬ ‫در‬ . ‫داشت‬ ‫خواهیم‬ ‫باز‬ ‫حلقه‬ ‫ستم‬
‫جرم‬ ‫افزایش‬ ‫مثال‬ ‫برای‬ ‫بدهیم‬ ‫تغییر‬ ‫را‬ ‫آن‬ ‫مکانیک‬ ‫مشخصات‬ ‫باید‬ ‫نیاز‬ ‫مورد‬ ‫های‬
‫غیر‬ ‫موجب‬ ‫که‬ ‫وزنه‬‫خطی‬‫تر‬‫سیستم‬ ‫رفتار‬ ‫شدن‬‫می‬‫شود‬‫خود‬ ‫امر‬ ‫این‬ ‫بر‬ ‫عالوه‬
‫که‬ ‫سیلیکون‬‫پایه‬‫این‬ ‫ساخت‬ ‫اصلی‬‫سیستم‬‫ها‬‫رفتار‬ ‫است‬‫دارد‬ ‫خطی‬ ‫غیر‬ ‫االستیک‬
‫کاربرد‬ ‫از‬ ‫بسیار‬ ‫در‬ . ‫شد‬ ‫خواهد‬ ‫سنج‬ ‫شتاب‬ ‫کل‬ ‫بودن‬ ‫خطی‬ ‫غیر‬ ‫تشدید‬ ‫موجب‬ ‫که‬
‫و‬ ‫بوده‬ ‫قبول‬ ‫قابل‬ ‫اشکاالت‬ ‫این‬ ‫پایین‬ ‫دقت‬ ‫با‬ ‫و‬ ‫ساده‬ ‫های‬‫سیستم‬‫های‬‫استفاده‬ ‫باز‬ ‫حلقه‬
‫می‬‫شود‬.
1-2:‫سیستم‬‫های‬( ‫بسته‬ ‫حلقه‬close loop system: )
‫نوع‬ ‫این‬ ‫در‬‫سیستم‬‫ها‬‫جرم‬ ‫مکانیزم‬ ‫بر‬ ‫عالوه‬،‫فنر‬‫و‬‫میر‬‫اگر‬‫ا‬ ‫سیستم‬ ‫یک‬‫ع‬‫نیرو‬ ‫مال‬‫مثال‬
‫نیروی‬ ‫اعمال‬‫الکترواستاتیک‬‫گیری‬ ‫اندازه‬ ‫شتاب‬ ‫اثر‬ ‫در‬ ‫وزنه‬ ‫حرکت‬ . ‫دارد‬ ‫وجود‬ ‫نیز‬‫شده‬
‫و‬‫شده‬ ‫داده‬ ‫کنترل‬ ‫سیستم‬ ‫به‬ ‫خطا‬ ‫عنوان‬ ‫به‬ ‫سیگنال‬ ‫این‬،‫اعمال‬ ‫مکانیزم‬ ‫به‬ ‫کنترل‬ ‫سیستم‬
‫فرمان‬ ‫نیرو‬‫می‬‫دهد‬‫سیستم‬ ‫طرف‬ ‫از‬ ‫شده‬ ‫اعمال‬ ‫سیگنال‬ ‫داند‬ ‫برگر‬ ‫اول‬ ‫حالت‬ ‫به‬ ‫را‬ ‫وزنه‬ ‫تا‬
‫از‬ . ‫سیستم‬ ‫کل‬ ‫به‬ ‫اعمالی‬ ‫شتاب‬ ‫با‬ ‫بود‬ ‫خواهد‬ ‫متناسب‬ ‫نیرو‬ ‫اعمال‬ ‫مکانیزم‬ ‫به‬ ‫کنترل‬
‫بسته‬ ‫حلقه‬ ‫سیستم‬ ‫از‬ ‫استفاده‬ ‫مزایای‬‫می‬‫توان‬. ‫کرد‬ ‫اشاره‬ ‫زیر‬ ‫موارد‬ ‫به‬
1-‫نو‬‫که‬ ‫وزنه‬ ‫سان‬‫در‬‫اثر‬‫شده‬ ‫منحرف‬ ‫خود‬ ‫سکون‬ ‫حالت‬ ‫از‬ ‫شتاب‬‫در‬‫مقایسه‬‫با‬
‫اثرات‬ ‫نوسان‬ ‫کاهش‬ ‫به‬ ‫توجه‬ ‫با‬ ‫حالت‬ ‫این‬ ‫در‬ ‫شد‬ ‫خواهد‬ ‫کمتر‬ ‫بسیار‬ ‫باز‬ ‫حلقه‬ ‫سیستم‬
‫سیستم‬ ‫و‬ ‫یافته‬ ‫کاهش‬ ‫نیز‬ ‫سیلیکونی‬ ‫فنر‬ ‫خطی‬ ‫غیر‬‫خطی‬‫تر‬. ‫کرد‬ ‫خواهد‬ ‫کار‬
2-‫می‬‫توان‬‫را‬ ‫سیستم‬ ‫دینامیک‬ ‫مناسب‬ ‫کنترل‬ ‫سیستم‬ ‫طراحی‬ ‫با‬. ‫داد‬ ‫افزایش‬
3-‫مناسب‬ ‫کنترل‬ ‫سیستم‬ ‫طراحی‬ ‫با‬‫می‬‫توانیم‬‫پهنای‬ ‫با‬ ‫نیاز‬ ‫مورد‬ ‫حساسیت‬ ‫به‬‫باند‬
‫این‬ ‫کرد‬ ‫پیدا‬ ‫دست‬ ‫مناسب‬‫امر‬‫در‬‫سیستم‬‫امکان‬ ‫باز‬ ‫حلقه‬‫پذیر‬‫نبوده‬‫با‬ ‫و‬‫افزایش‬
‫کاهش‬ ‫باند‬ ‫پهنای‬ ‫حساسیت‬‫می‬‫یابد‬.
4-‫تمامی‬ ‫باز‬ ‫حلقه‬ ‫حالت‬ ‫در‬‫رفتار‬‫مشخص‬ ‫به‬ ‫وابسته‬ ‫سنسور‬ ‫دینامیک‬ ‫و‬ ‫استاتیک‬‫ات‬
‫آن‬ ‫ابعادی‬ ‫و‬ ‫مکانیکی‬‫می‬‫باشد‬‫این‬ ‫و‬‫مسئله‬‫ساز‬ ‫مشکل‬ ‫انبوه‬ ‫تولید‬ ‫در‬‫بود‬ ‫خواهد‬‫و‬
‫با‬‫روش‬‫های‬‫سنسورهای‬ ‫در‬ ‫مشخصات‬ ‫تغییر‬ ‫امکان‬ ‫فعلی‬ ‫استاندارد‬ ‫ساخت‬‫هم‬ ‫با‬
‫تا‬22‫دارد‬ ‫وجود‬ ‫نیز‬ %.
2-‫روش‬‫های‬‫شتاب‬ ‫گیری‬ ‫اندازه‬
‫قسمت‬ ‫این‬ ‫در‬‫مهم‬‫ترین‬‫روش‬‫های‬‫بی‬ ‫که‬ ‫شتاب‬ ‫گیری‬ ‫اندازه‬‫شتر‬‫گیری‬ ‫اندازه‬ ‫اساس‬ ‫بر‬
‫پارامتر‬‫میراگر‬ ‫و‬ ‫فنر‬ ، ‫جرم‬ ‫سیستم‬ ‫های‬‫اثر‬ ‫بر‬ ‫نوسان‬ ‫تیر‬ ‫کرنش‬ ‫یا‬ ‫وزنه‬ ‫جابجایی‬ ‫مانند‬
‫شتاب‬ ‫از‬ ‫حاصل‬ ‫تنش‬‫می‬‫باشد‬‫مطرح‬‫می‬‫شود‬.
2-1:‫پیزو‬ ‫سنج‬ ‫شتاب‬‫رزیستیو‬((Piezoresistive Accelerometers:
‫را‬ ‫پیزورزیستیو‬ ‫خاصیت‬‫می‬‫توان‬‫این‬‫گونه‬‫ت‬ ‫که‬ ‫کرد‬ ‫مطرح‬‫یک‬ ‫الکتریکی‬ ‫مقاومت‬ ‫غییر‬
‫نیروی‬ ‫اثر‬ ‫در‬ . ‫آن‬ ‫بر‬ ‫تنش‬ ‫اعمال‬ ‫اثر‬ ‫در‬ ‫رسانا‬ ‫نیمه‬‫فشاری‬‫که‬ ‫رسانا‬ ‫نیمه‬ ‫به‬ ‫شده‬ ‫وارد‬
‫آن‬ ‫در‬ ‫کرنش‬ ‫ایجاد‬ ‫باعث‬‫می‬‫شود‬‫و‬ ‫کرده‬ ‫اثر‬ ‫سیلیکون‬ ‫کریستالی‬ ‫ساختار‬ ‫بر‬ ‫کرنش‬ ‫این‬ ‫و‬
‫باعث‬‫تأثیر‬‫ب‬‫ر‬‫شعاع‬‫و‬ ‫اتمی‬bandgaps‫می‬‫شود‬‫نتیجه‬ ‫.در‬‫الکترون‬‫ها‬‫راحتی‬ ‫به‬
‫می‬‫توانند‬‫برسند‬ ‫رسانش‬ ‫باند‬ ‫به‬‫و‬‫در‬‫رسانا‬ ‫نیمه‬ ‫مقاومت‬ ‫مقدار‬ ‫امر‬ ‫این‬ ‫اثر‬‫کاهش‬‫می‬‫یابد‬.
‫رسانا‬ ‫نیمه‬ ‫مقاومت‬ ‫افزایش‬ ‫باعث‬ ‫شود‬ ‫اعمال‬ ‫کششی‬ ‫نیرو‬ ‫اگر‬ ‫حال‬‫می‬‫شود‬.
‫و‬ ‫شده‬ ‫ساخته‬ ‫میراگر‬ ‫فنر‬ ،‫جرم‬ ‫سیستم‬ ‫یک‬ ‫حال‬‫می‬‫خواهیم‬‫جابجایی‬‫وزنه‬‫را‬‫که‬‫از‬ ‫ناشی‬
‫ساختارهای‬ ‫در‬ ، ‫شود‬ ‫گیری‬ ‫اندازه‬ ‫شتاب‬ ‫اعمال‬mems‫فنر‬‫به‬‫صورت‬‫ساخته‬ ‫بیم‬ ‫یک‬
‫می‬‫شود‬‫بیشتر‬ ‫بسیار‬ ‫آن‬ ‫مقطع‬ ‫سطح‬ ‫به‬ ‫نصبت‬ ‫آن‬ ‫طول‬ ‫که‬‫می‬‫باشد‬‫یک‬ ‫و‬‫که‬ ‫آن‬ ‫سمت‬
‫آن‬ ‫دیگر‬ ‫سمت‬ ‫و‬ ‫بوده‬ ‫آزاد‬ ‫است‬ ‫وزنه‬ ‫شامل‬‫به‬‫صورت‬‫یک‬‫تکیه‬‫گاه‬‫گیر‬‫دار‬‫می‬‫باشد‬‫در‬ .
‫اساس‬ ‫بر‬ ‫نیرو‬ ‫یک‬ ‫شتاب‬ ‫اثر‬‫وارد‬ ‫دارد‬ ‫بیشتری‬ ‫جرم‬ ‫که‬ ‫وزنه‬ ‫بر‬ ‫نیوتون‬ ‫دوم‬ ‫قانون‬
‫می‬‫شود‬‫در‬‫اثر‬‫خم‬ ،‫ساختار‬ ‫به‬ ‫توجه‬ ‫با‬ ‫شتاب‬ ‫عکس‬ ‫جهت‬ ‫در‬ ‫بیم‬ ‫نیرو‬ ‫این‬‫می‬‫شود‬‫به‬
‫صورتی‬‫کشیده‬ ‫آن‬ ‫دیگر‬ ‫سمت‬ ‫و‬ ‫شده‬ ‫فشرده‬ ‫آن‬ ‫سمت‬ ‫یک‬ ‫که‬‫می‬‫شود‬.
‫آن‬ ‫مقاومت‬ ‫کنیم‬ ‫نسب‬ ‫پیزورزیستور‬ ‫بیم‬ ‫این‬ ‫روی‬ ‫بر‬ ‫اگر‬ ‫مرحله‬ ‫این‬ ‫در‬،‫خمش‬ ‫با‬ ‫متناسب‬
‫نیرو‬‫و‬‫در‬‫نهایت‬‫اعمالی‬ ‫شتاب‬ ‫با‬ ‫متناسب‬. ‫کرد‬ ‫خواهد‬ ‫تغییر‬‫پیزورزیستر‬ ‫دو‬ ‫نصب‬ ‫با‬
‫گیری‬ ‫اندازه‬ ‫بیشتری‬ ‫دقت‬ ‫با‬ ‫را‬ ‫شتاب‬ ‫مقدار‬ ‫وتستون‬ ‫پل‬ ‫از‬ ‫استفاده‬ ‫و‬ ‫هم‬ ‫مخالف‬ ‫سمت‬ ‫در‬
‫می‬‫شود‬.‫بیم‬ ‫سمت‬ ‫دو‬ ‫در‬ ‫پیزورزیست‬ ‫ایجاد‬ ‫بودن‬ ‫مشکل‬ ‫به‬ ‫توجه‬ ‫با‬‫عمال‬‫سمت‬ ‫یک‬ ‫در‬
‫خواه‬ ‫وجود‬‫و‬ ‫داشت‬ ‫د‬‫این‬‫باعث‬ ‫امر‬‫وابست‬.‫شد‬ ‫خواهد‬ ‫روش‬ ‫این‬ ‫در‬ ‫دما‬ ‫به‬ ‫گی‬
2-2:‫شتاب‬‫سنج‬‫خازنی‬(Capacitive Accelerometers):
‫مکانیکی‬ ‫ساختار‬‫نیز‬ ‫سنج‬ ‫شتاب‬ ‫نوع‬ ‫این‬‫،فنر‬ ‫جرم‬‫و‬‫میرا‬‫گیر‬‫می‬‫باشد‬.‫در‬‫این‬‫روش‬‫از‬
‫شتاب‬ ‫اثر‬ ‫در‬ ‫وزنه‬ ‫جابجایی‬‫به‬‫منظور‬‫دی‬ ‫جابجایی‬ ‫یا‬ ‫و‬ ‫خازن‬ ‫یک‬ ‫صفحات‬ ‫جابجایی‬
‫استفاده‬ ‫صفحات‬ ‫بین‬ ‫الکتریک‬‫می‬‫شود‬.
‫ظ‬‫الکتریک‬ ‫دی‬ ‫،نوع‬ ‫صفحات‬ ‫(مساحت‬ ‫عامل‬ ‫سه‬ ‫به‬ ‫خازن‬ ‫رفیت‬‫و‬‫فاصله‬‫صفحه‬‫ها‬)
‫کاربردها‬ ‫اکثر‬ ‫در‬ ‫که‬ ‫است‬ ‫وابسته‬‫به‬‫دلیل‬‫فاصله‬ ‫ساخت‬ ‫سهولت‬‫صفحه‬‫ها‬‫را‬‫متغیر‬‫در‬
‫ن‬‫ظر‬‫می‬‫گیرند‬.
‫نمونه‬ ‫یک‬ ‫در‬ ‫مثال‬ ‫برای‬‫ثابت‬ ‫الکتریک‬ ‫دی‬ ‫نوع‬ ‫و‬ ‫مساحت‬‫بوده‬‫فاصله‬ ‫ولی‬‫صفحه‬‫ها‬
‫متغیر‬‫نصب‬ ‫با‬ ‫که‬ ‫است‬‫ثابت‬ ‫قسمت‬ ‫روی‬ ‫بر‬ ‫دیگر‬ ‫صفحه‬ ‫و‬ ‫وزنه‬ ‫روی‬ ‫بر‬ ‫صفحه‬ ‫یک‬
‫سیستم‬‫حاصل‬‫می‬‫شود‬‫عمل‬ ‫این‬ ‫با‬ ‫و‬‫بین‬ ‫فاصله‬‫صفحه‬‫ها‬‫که‬ ‫وزنه‬ ‫حرکت‬ ‫به‬ ‫وابسته‬‫خود‬
‫شتاب‬ ‫با‬ ‫متناسب‬‫به‬ ‫وارده‬‫است‬ ‫آن‬‫مرتبط‬‫شد‬ ‫خواهد‬.
‫سه‬‫اندا‬ ‫برای‬ ‫اصلی‬ ‫حالت‬‫ظرفیت‬ ‫گیری‬ ‫زه‬‫خازنی‬‫دارد‬ ‫وجود‬ ‫متغیر‬‫که‬‫به‬‫شرح‬‫زیر‬
. ‫است‬
1-‫از‬ ‫استفاده‬‫پل‬‫های‬AC‫کاپاسیتانس‬ ‫گیری‬ ‫اندازه‬ ‫و‬‫مدوالسیون‬ ‫یک‬ ‫واقع‬ ‫در‬ ‫که‬AM
. ‫داشت‬ ‫خواهیم‬
2-‫شتا‬ ‫با‬ ‫متناسب‬ ‫فرکانس‬ ‫تغییر‬ ‫که‬ ‫تانک‬ ‫مدار‬ ‫یک‬ ‫از‬ ‫استفاده‬‫حاصل‬ ‫ب‬‫می‬‫شود‬‫و‬
‫می‬‫توان‬‫مدوالسیون‬ ‫با‬ ‫سیم‬ ‫بی‬ ‫سنسور‬ ‫یک‬FM. ‫ساخت‬
3-‫حالت‬DC‫خازنی‬ ‫ظرفیت‬ ‫تغییر‬ ‫با‬ ‫و‬ ‫داشته‬ ‫نگاه‬ ‫ثابت‬ ‫های‬ ‫صفحه‬ ‫روی‬ ‫را‬ ‫بار‬ ‫که‬
.‫کند‬ ‫پیدا‬ ‫تغییر‬ ‫ولتاژ‬
‫از‬‫مزیت‬‫های‬‫شتاب‬ ‫نوع‬ ‫این‬‫سنج‬‫ها‬‫هم‬ ‫و‬ ‫سنسور‬ ‫عنوان‬ ‫به‬ ‫خازنی‬ ‫صفحات‬ ‫از‬ ‫استفاده‬
‫بسته‬ ‫حلقه‬ ‫سیستم‬ ‫در‬ ‫عملگر‬‫می‬‫ب‬‫اشد‬‫شتاب‬ ‫ساخت‬ ‫در‬ ‫دلیل‬ ‫این‬ ‫به‬‫سنج‬‫های‬‫حلقه‬ ‫دقیق‬
‫بسته‬‫اکثرا‬‫استفاده‬ ‫ساختار‬ ‫این‬ ‫از‬‫می‬‫شود‬.
‫را‬ ‫سنسور‬ ‫این‬ ‫خازنی‬ ‫صفحات‬ ‫عمل‬ ‫در‬‫به‬‫صورت‬‫ای‬ ‫شانه‬‫می‬‫سازند‬‫و‬‫چندین‬‫خازن‬‫به‬
‫صورت‬. ‫شود‬ ‫حاصل‬ ‫نهایی‬ ‫ظرفیت‬ ‫تا‬ ‫و‬ ‫شده‬ ‫متصل‬ ‫هم‬ ‫به‬ ‫موازی‬ ‫و‬ ‫سری‬
2-3:‫شتاب‬‫سنج‬‫پیزو‬‫الکتریک‬(Piezoelectric Accelerometers: )
‫ساختار‬‫مکانیکی‬‫این‬‫نوع‬‫شتاب‬‫سنج‬‫جرم‬‫،فنر‬‫و‬‫میرا‬‫گیر‬‫گیری‬ ‫اندازه‬ ‫برای‬ ‫و‬ ‫بوده‬
‫مواد‬ ‫پیزوالکتریک‬ ‫خاصیت‬ ‫از‬ ‫جابجایی‬‫استفاده‬ ‫کریستالی‬‫می‬‫شود‬.‫اثر‬‫پیزوالکتریک‬
‫توانایی‬‫برخی‬‫مواد‬‫می‬‫باشد‬‫برای‬‫تبدیل‬‫انرژی‬‫مکانیکی‬‫به‬‫انرژی‬‫الکتریکی‬‫و‬‫تبدیل‬
‫انرژی‬‫الکتریکی‬‫به‬‫انرژی‬‫مکانیکی‬.‫ا‬‫ثر‬‫پیزوالکتریک‬‫در‬‫انواع‬‫مواد‬‫از‬‫جمله‬‫تک‬
،‫بلورها‬‫سرامیک‬،‫ها‬‫بسپارها‬‫و‬‫مواد‬‫مرکب‬‫دیده‬‫می‬‫شود‬.‫تولید‬‫اختالف‬‫پتانسیل‬‫الکتریکی‬
‫در‬‫برخی‬‫بلورهای‬‫نارسانا‬‫مثل‬‫کوارتز‬‫تحت‬‫کشش‬‫یا‬‫فشار‬‫معکوس‬‫هم‬‫هستند‬‫و‬‫هر‬‫چه‬
‫میزان‬‫فشار‬‫یا‬‫کشش‬‫بیش‬‫تر‬،‫باشد‬‫اختالف‬‫پتانسیل‬‫تولید‬‫شده‬‫بیش‬‫تر‬‫بود‬ ‫خواهد‬.
‫جابجایی‬ ‫گیری‬ ‫اندازه‬ ‫برای‬‫معموال‬‫از‬2‫استفاده‬ ‫حالت‬‫می‬‫شود‬.
1-‫بیم‬ ‫روی‬ ‫بر‬ ‫پیزو‬ ‫نسب‬‫به‬‫صورت‬‫بیم‬ ‫شدن‬ ‫خم‬ ‫با‬ ‫حالت‬ ‫این‬ ‫در‬ ‫که‬ ‫زیر‬ ‫شکل‬
‫ا‬ ‫پیزو‬ ‫کریستال‬ ‫به‬ ‫تنش‬ ‫یک‬ ‫وزنه‬ ‫به‬ ‫متصل‬‫ع‬‫مال‬‫می‬‫شود‬‫به‬ ‫موجب‬ ‫امر‬ ‫این‬ ‫که‬
.‫بود‬ ‫خواهد‬ ‫شتاب‬ ‫با‬ ‫متناسب‬ ‫که‬ ‫شده‬ ‫پتانسیل‬ ‫اختالف‬ ‫آمدن‬ ‫وجود‬‫روش‬ ‫این‬ ‫با‬
‫می‬‫توان‬‫گیری‬ ‫اندازه‬ ‫قابلیت‬ ‫و‬ ‫باال‬ ‫حساسیت‬ ‫با‬ ‫سیستمی‬‫شتاب‬‫های‬‫ساخت‬ ‫کوچک‬
‫برابر‬ ‫در‬ ‫ولی‬‫شتاب‬‫های‬.‫داشت‬ ‫خواهد‬ ‫پایینی‬ ‫مقاومت‬ ) ‫(ضربه‬ ‫باال‬ ‫بسیار‬
2-‫نخواهیم‬ ‫بیم‬ ‫دیگر‬ ‫حالت‬ ‫این‬ ‫در‬ ‫که‬ ‫پیزو‬ ‫کریستال‬ ‫روی‬ ‫بر‬ ‫وزنه‬ ‫مستقیم‬ ‫دادن‬ ‫قرار‬
‫فنری‬ ‫حالت‬ ‫و‬ ‫داشت‬‫مستقیما‬‫و‬ ‫شتاب‬ ‫از‬ ‫ناشی‬ ‫تنش‬ ‫برابر‬ ‫در‬ ‫کریستال‬ ‫کرنش‬ ‫از‬
‫نظر‬ ‫از‬ ‫ولی‬ ‫شده‬ ‫کمتر‬ ‫سیستم‬ ‫حساسیت‬ ‫حالت‬ ‫این‬ ‫در‬ ‫بود‬ ‫خواهد‬ ‫وزنه‬ ‫جرم‬
‫سنجش‬ ‫امکان‬ ‫و‬ ‫داشت‬ ‫خواهیم‬ ‫بیشتری‬ ‫مقاومت‬ ‫مکانیکی‬‫شتاب‬‫های‬‫قدرت‬ ‫و‬ ‫باال‬
‫را‬ ‫ضربات‬‫به‬‫وجود‬‫می‬‫آید‬.
2-4:‫شتاب‬‫سنج‬( ‫تونلی‬Tunneling Accelerometers: )
‫مانند‬ ‫نیز‬ ‫سیستم‬ ‫این‬ ‫مکانیکی‬ ‫ساختار‬‫روش‬‫های‬‫استفاده‬ ‫فنر‬ ‫و‬ ‫جرم‬ ‫از‬ ‫و‬ ‫است‬ ‫قبلی‬‫می‬‫کند‬
‫استفاده‬ ‫زنی‬ ‫تونل‬ ‫جریان‬ ‫گیری‬ ‫اندازه‬ ‫روش‬ ‫از‬ ‫وزنه‬ ‫جابجایی‬ ‫گیری‬ ‫اندازه‬ ‫برای‬ ‫و‬‫می‬‫شود‬
‫تونل‬ ‫جریان‬ ‫تغییرات‬ ‫نسبت‬ ‫و‬ ‫بوده‬ ‫باال‬ ‫بسیار‬ ‫جابجایی‬ ‫گیری‬ ‫اندازه‬ ‫در‬ ‫روش‬ ‫این‬ ‫دقت‬
‫که‬ ‫بود‬ ‫خواهد‬ ‫نمایی‬ ‫رابطه‬ ‫یک‬ ‫جابجایی‬ ‫به‬ ‫زنی‬‫در‬‫ابعاد‬.‫دارد‬ ‫باال‬ ‫دقتی‬ ‫کوچک‬‫معموال‬
‫را‬ ‫سنج‬ ‫شتاب‬ ‫نوع‬ ‫این‬‫به‬‫صورت‬‫بسته‬ ‫حلقه‬‫می‬‫سازند‬‫بود‬ ‫خواهد‬ ‫فیدبک‬ ‫دارای‬ ‫سیستم‬ ‫و‬
‫مکانیزم‬ ‫بر‬ ‫عالوه‬ ‫پس‬‫ایجاد‬‫و‬‫اندازه‬‫یک‬ ‫زنی‬ ‫تونل‬ ‫جریان‬ ‫گیری‬‫عملگر‬‫الکترواستاتیک‬
. ‫وزنه‬ ‫موقعیت‬ ‫کنترل‬ ‫برای‬ ‫داشت‬ ‫خواهیم‬ ‫نیز‬
‫را‬ ‫زنی‬ ‫تونل‬ ‫مفهوم‬‫می‬‫توان‬‫کرد‬ ‫مطرح‬ ‫صورت‬ ‫این‬ ‫به‬‫در‬ ‫فاصله‬ ‫به‬ ‫رسانا‬ ‫دو‬ ‫اگر‬ ‫که‬
‫پدیده‬ ‫برسند‬ ‫هم‬ ‫متری‬ ‫نانو‬ ‫یک‬ ‫حدود‬‫تونل‬‫زنی‬‫الکترون‬‫های‬‫حدی‬ ‫به‬‫می‬‫رسد‬‫قادر‬ ‫ما‬ ‫که‬
.‫بود‬ ‫خواهیم‬ ‫پدیده‬ ‫این‬ ‫از‬ ‫ناشی‬ ‫جریان‬ ‫گیری‬ ‫اندازه‬ ‫به‬‫در‬‫ظاهر‬‫الکترون‬‫ها‬‫کافی‬ ‫انرژی‬
‫ندارند‬ ‫را‬ ‫است‬ ‫کوچک‬ ‫هوایی‬ ‫فاصله‬ ‫یک‬ ‫اینجا‬ ‫در‬ ‫که‬ ‫سد‬ ‫از‬ ‫عبور‬ ‫برای‬‫ولی‬‫بنا‬‫بر‬‫اصول‬
‫سد‬ ‫طرف‬ ‫آن‬ ‫در‬ ‫کوانتوم‬ ‫فیزیک‬‫نواحی‬‫احتمال‬ ‫که‬ ‫دارد‬ ‫وجود‬‫حضور‬‫الکترون‬‫ها‬‫آنجا‬ ‫در‬
‫قسمتی‬ ‫پس‬ ‫نیست‬ ‫صفر‬‫از‬‫الکترون‬‫ها‬‫حتما‬‫زنی‬ ‫تونل‬ ‫میزان‬ . ‫کرد‬ ‫خواهند‬ ‫عبور‬ ‫سد‬ ‫از‬
‫الکترون‬‫ها‬‫دارند‬ ‫هم‬ ‫با‬ ‫نمایی‬ ‫رابطه‬ ‫یک‬ ‫که‬ ‫است‬ ‫سد‬ ‫عرض‬ ‫به‬ ‫وابسته‬‫به‬‫صورت‬‫زیر‬
‫مطرح‬‫می‬‫شود‬.
‫که‬‫در‬‫رابطه‬‫جریان‬‫تونل‬‫زنی‬x‫بقیه‬ ‫و‬ ‫بوده‬ ‫سد‬ ‫پهنای‬‫پارامترها‬‫تقریبا‬‫و‬ ‫بوده‬ ‫ثابت‬
‫وابسته‬‫محیط‬ ‫شرایط‬ ‫و‬ ‫دما‬ ‫و‬ ‫جنس‬ ‫به‬‫هستند‬‫سد‬ ‫معرض‬ ‫وزنه‬ ‫به‬ ‫شتاب‬ ‫اعمال‬ ‫با‬ .‫تونل‬
‫تغییر‬ ‫نیز‬ ‫جریان‬ ‫میزان‬ ‫نتیجه‬ ‫در‬ ‫و‬ ‫کرده‬ ‫تغییر‬ ‫زنی‬‫می‬‫کند‬‫شتاب‬ ‫به‬ ‫وابسته‬ ‫تغییر‬ ‫این‬ ‫که‬
. ‫بود‬ ‫خواهد‬
‫در‬‫تئوری‬‫روش‬ ‫این‬‫دقیق‬‫ترین‬‫و‬‫حساس‬‫ترین‬‫اندازه‬ ‫روش‬‫شتاب‬ ‫گیری‬‫می‬‫باشد‬‫به‬ ‫بنا‬ ‫ولی‬
‫مشکال‬ ‫از‬ ‫یکی‬ ‫است‬ ‫مانده‬ ‫باقی‬ ‫تحقیقاتی‬ ‫حد‬ ‫در‬ ‫و‬ ‫نشده‬ ‫سازی‬ ‫تجاری‬ ‫دالیلی‬‫روش‬ ‫این‬ ‫ت‬
‫جریان‬ ‫وابستگی‬‫تونل‬‫مدان‬ ‫دما‬ ‫به‬ ‫زنی‬‫الکترواستاتیک‬‫برخورد‬ ‫و‬‫نوترون‬‫ها‬‫که‬ ‫است‬
‫دشوار‬ ‫را‬ ‫محیطی‬ ‫شرایط‬ ‫کنترل‬‫می‬‫کند‬‫نشد‬ ‫حل‬ ‫مشکالت‬ ‫از‬ ‫یکی‬ ‫و‬‫زمینه‬ ‫این‬ ‫در‬ ‫ه‬
(long-term drift. ‫است‬ ‫الکتریکی‬ ‫میدان‬ ‫در‬ )
‫شتاب‬ ‫این‬ ‫از‬ ‫نوع‬ ‫دو‬ ‫شکل‬ ‫ادامه‬ ‫در‬‫سنج‬‫ها‬‫کلیات‬ ‫که‬ ‫شده‬ ‫داده‬ ‫نمایش‬‫یکسانی‬‫ولی‬ ‫داشته‬
.‫دارند‬ ‫متفاوتی‬ ‫های‬ ‫ساختار‬
‫فوق‬ ‫شکل‬‫قسمت‬‫های‬‫نشا‬ ‫را‬ ‫سنج‬ ‫شتاب‬ ‫نوع‬ ‫این‬ ‫اصلی‬‫که‬ ‫داده‬ ‫ن‬‫به‬‫طور‬‫سه‬ ‫شامل‬ ‫کلی‬
(‫قسمت‬‫وزنه‬‫و‬‫بیم‬–‫الکترواستاتیک‬ ‫عملگر‬ ‫صفحات‬–‫الکترود‬‫و‬‫نوک‬‫تونلینگ‬)‫می‬‫شود‬.
‫فوق‬ ‫شکل‬ ‫در‬‫قسمت‬‫های‬‫سنج‬ ‫شتاب‬ ‫مختلف‬‫تونلی‬‫آن‬ ‫کنترل‬ ‫مدار‬ ‫و‬‫که‬ ‫شده‬ ‫داده‬ ‫نمایش‬
‫و‬ ‫الکترواستاتیک‬ ‫عملگرهای‬ ، ‫بسته‬ ‫حلقه‬ ‫کنترل‬ ‫سیستم‬ ‫شامل‬‫پر‬‫اپ‬‫جریان‬‫تونلی‬‫که‬‫به‬
‫صورت‬‫ن‬‫و‬‫دارد‬ ‫قرا‬ ‫وسط‬ ‫در‬ ‫تیز‬ ‫ک‬‫می‬‫شود‬.. ‫دارد‬ ‫قبل‬ ‫شکل‬ ‫با‬ ‫متفاوت‬ ‫ساختاری‬ ‫که‬
2-5:‫شتاب‬‫سنج‬( ‫تشدیدی‬Resonant Accelerometers):
‫شتاب‬ ‫از‬ ‫نوع‬ ‫این‬‫سنج‬‫ها‬‫پیچیده‬ ‫بسیار‬‫اوسیالتور‬ ‫فرکانس‬ ‫تغییر‬ ‫اساس‬ ‫بر‬ ‫را‬ ‫شتاب‬ ‫و‬ ‫بوده‬
‫که‬ ‫داخلی‬‫الکترومکانیکی‬‫می‬‫باشد‬‫گیری‬ ‫اندازه‬‫می‬‫کند‬.
‫فقط‬ ‫سنج‬ ‫شتاب‬ ‫نوع‬ ‫این‬ . ‫است‬ ‫نشده‬ ‫سازی‬ ‫تجاری‬ ‫و‬ ‫بوده‬ ‫پیچیده‬ ‫سنج‬ ‫شتاب‬ ‫این‬ ‫ساختار‬
‫بسته‬ ‫حلقه‬ ‫حالت‬ ‫در‬‫می‬‫تواند‬‫پیچیده‬ ‫جانبی‬ ‫مدارات‬ ‫به‬ ‫شتاب‬ ‫سازی‬ ‫آشکار‬ ‫برای‬ ‫و‬ ‫کند‬ ‫عمل‬
. ‫هست‬ ‫نیاز‬ ‫ای‬
‫جرم‬ ‫و‬ ‫نداریم‬ ‫گر‬ ‫میرا‬ ‫سنج‬ ‫شتاب‬ ‫این‬ ‫در‬‫و‬‫فنر‬‫در‬ ‫خود‬ ‫طبیعی‬ ‫فرکانس‬ ‫با‬‫خأل‬‫حال‬ ‫در‬
‫نوسان‬‫هستند‬‫داشته‬ ‫نگه‬ ‫ثابت‬ ‫فرکانس‬ ‫همان‬ ‫در‬ ‫سنج‬ ‫شتاب‬ ‫کنترل‬ ‫سیستم‬ ‫توسط‬ ‫که‬
‫می‬‫شود‬‫نتیجه‬ ‫در‬ ‫فیزیک‬ ‫مشخصات‬ ‫تغییر‬ ‫باعث‬ ‫جرم‬ ‫به‬ ‫خارجی‬ ‫شتاب‬ ‫اعمال‬ ‫با‬ ‫.و‬‫باعث‬
‫تشدید‬ ‫فرکانس‬ ‫تغییر‬‫طبیعی‬‫اعمالی‬ ‫شتاب‬ ‫به‬ ‫وابسته‬ ‫فرکانس‬ ‫تغییر‬ ‫این‬ ‫که‬ ‫شده‬ ‫سیستم‬
. ‫بود‬ ‫خواهد‬
‫را‬ ‫فنر‬ ‫و‬ ‫جرم‬ ‫سیستم‬ ‫طبیعی‬ ‫فرکانس‬ ‫که‬ ‫فوق‬ ‫فرمول‬ ‫در‬‫مشخص‬‫می‬‫کند‬.
(E‫بیم‬ ‫سازنده‬ ‫مواد‬ ‫یانگ‬ ‫مدول‬ ::w‫پهنای‬‫بیم‬L‫بیم‬ ‫طول‬ :t،‫بیم‬ ‫:ضخامت‬M، ‫وزنه‬ ‫جرم‬ :MB‫بیم‬ ‫جرم‬ :)
‫با‬ ‫نیرو‬ ‫شدن‬ ‫وارد‬ ‫با‬‫یانگ‬ ‫مدول‬ ‫به‬ ‫توجه‬‫باعث‬‫تغییر‬‫ابعاد‬‫طبیعی‬ ‫فرکانس‬ ‫و‬ ‫شده‬‫سیستم‬
.‫کرد‬ ‫خواهد‬ ‫تغییر‬
‫شتاب‬ ‫این‬ ‫اصلی‬ ‫اجزای‬‫سنج‬‫ها‬‫را‬‫می‬‫توان‬‫به‬‫صورت‬. ‫کرد‬ ‫بندی‬ ‫دسته‬ ‫زیر‬
1-‫جرم‬‫و‬‫فنر‬
2-‫الکترواستاتیک‬ ‫است‬ ‫ممکن‬ ‫که‬ ‫عملگر‬،‫پیزو‬‫یا‬ ‫الکتریک‬‫تر‬‫مال‬‫باشد‬.
3-‫فنر‬ ‫و‬ ‫جرم‬ ‫مجموعه‬ ‫فرکانس‬ ‫گیری‬ ‫اندازه‬ ‫سیستم‬، ‫پیزو‬ ‫است‬ ‫ممکن‬ ‫که‬‫تونلی‬‫یا‬ ‫و‬
. ‫باشد‬ ‫جابجایی‬ ‫سنجش‬ ‫مکانیزم‬ ‫هر‬
4-‫که‬ ‫عملگرها‬ ‫تغذیه‬ ‫سیستم‬‫آن‬‫ها‬‫درایو‬ ‫مشخصی‬ ‫فرکانس‬ ‫با‬ ‫را‬‫می‬‫کند‬.
5-‫که‬ ‫فرکانس‬ ‫تغییر‬ ‫سازی‬ ‫آشکار‬ ‫سیستم‬‫معموال‬( ‫از‬PLL‫)استفاده‬‫می‬‫شود‬.
6-‫تمامی‬ ‫که‬ ‫کنترل‬ ‫سیستم‬‫قسمت‬‫ها‬‫و‬ ‫کرده‬ ‫کنترل‬ ‫را‬‫خروجی‬‫را‬ ‫شتاب‬ ‫با‬ ‫متناسب‬
‫فراهم‬‫می‬‫کند‬.
‫نسبت‬ ‫به‬ ‫شد‬ ‫طراحی‬ ‫انواع‬ ‫از‬ ‫برخی‬ ‫در‬743 Hz/G‫نیز‬‫دست‬‫یافته‬‫اند‬‫هر‬ ‫برای‬ ‫یعنی‬
‫شتاب‬ ‫جی‬ ‫یک‬343‫حاصل‬ ‫سیستم‬ ‫طبیعی‬ ‫فرکانس‬ ‫در‬ ‫تغییر‬ ‫هرتز‬‫به‬ ‫توجه‬ ‫با‬ . ‫است‬ ‫شده‬
‫وجود‬ ‫عدم‬‫عامل‬‫میرا‬. ‫بود‬ ‫خواهد‬ ‫باال‬ ‫بسیار‬ ‫سیستم‬ ‫گر‬‫معموال‬‫نوسانگرها‬‫را‬‫به‬‫صورت‬
‫دیفرانسیلی‬‫می‬‫سازند‬. ‫کنند‬ ‫حذف‬ ‫خروجی‬ ‫فرکانس‬ ‫از‬ ‫را‬ ‫حرارتی‬ ‫خطای‬ ‫تا‬
‫یک‬ ‫دیاگرام‬ ‫بلوک‬ ‫فوق‬ ‫شکل‬‫تشدیدی‬ ‫سنج‬ ‫شتاب‬‫می‬‫باشد‬‫نوسان‬ ‫که‬( ‫حرارتی‬ ‫آن‬ ‫ساز‬‫مانند‬
‫متال‬ ‫بی‬)‫فرکانس‬ ‫گیری‬ ‫اندازه‬ ‫سیستم‬ ‫و‬ ‫بوده‬‫جر‬‫پیزو‬ ‫نوع‬ ‫از‬ ‫فنر‬ ‫و‬ ‫م‬‫می‬‫باشد‬‫و‬‫نهایت‬ ‫در‬
‫فرکانس‬‫حا‬‫از‬ ‫استفاده‬ ‫با‬ ‫صل‬‫د‬ ‫یک‬‫مودوالتور‬‫ولتاژ‬ ‫به‬‫شتاب‬ ‫با‬ ‫متناسب‬‫تبدیل‬‫می‬‫شود‬.‫در‬
‫شده‬ ‫طراحی‬ ‫نیز‬ ‫داخلی‬ ‫مرجع‬ ‫یک‬ ‫سنج‬ ‫شتاب‬ ‫این‬‫تست‬ ‫و‬ ‫کالیبراسیون‬ ‫مراحل‬ ‫در‬ ‫تا‬ ‫است‬
.‫گیرد‬ ‫قرار‬ ‫استفاده‬ ‫مورد‬ ‫سیستم‬
2-6:‫شتاب‬‫سنج‬‫اپتیکی‬(Fabry-Perot interferometer Accelerometers):
‫معموال‬‫در‬‫این‬‫از‬ ‫نیز‬ ‫ساختار‬، ‫جرم‬‫فنر‬‫گر‬ ‫میرا‬ ‫و‬‫استفاده‬‫می‬‫شود‬.
‫انواع‬‫روش‬‫ها‬‫گیری‬ ‫اندازه‬ ‫برای‬‫جابجایی‬‫وزنه‬‫استفاده‬ ‫با‬‫از‬‫پارامترهای‬‫اپتیکی‬
‫از‬ ‫دارد‬ ‫وجود‬‫جمله‬(‫تغییر‬، ‫شدت‬،‫فاز‬‫پوالر‬‫ا‬، ‫یزاسیون‬) ‫فرکانس‬ ‫و‬ ‫موج‬ ‫طول‬
‫ی‬ ‫هر‬ ‫که‬ ‫نور‬‫ک‬‫مزیت‬‫ها‬‫دارند‬ ‫را‬ ‫خود‬ ‫خاص‬ ‫معایب‬ ‫و‬.
‫در‬‫این‬‫از‬ ‫یکی‬ ‫قسمت‬‫روش‬‫ها‬‫مطرح‬ ‫نمونه‬ ‫برای‬‫می‬‫شود‬‫که‬‫موج‬ ‫طول‬ ‫تغییر‬ ‫اساس‬ ‫بر‬
‫می‬‫باشد‬.‫ا‬ ‫سنج‬ ‫شتاب‬ ‫نوع‬ ‫این‬ ‫در‬‫خاصیت‬ ‫ز‬‫تداخل‬‫سنج‬‫فابری‬-‫پرو‬‫است‬ ‫شده‬ ‫استفاده‬.
‫شفاف‬ ‫نیمه‬ ‫آینه‬ ‫دو‬ ‫سیستم‬ ‫این‬ ‫در‬،‫کیفیت‬‫باال‬،‫موازی‬‫و‬‫فاصله‬ ‫با‬‫قرار‬ ‫هم‬ ‫کنار‬‫می‬‫گیرند‬
‫مج‬ ‫این‬ ‫وارد‬ ‫منبع‬ ‫یک‬ ‫از‬ ‫نوری‬ ‫سپس‬‫و‬ ‫شده‬ ‫موعه‬‫بنا‬‫به‬‫ورود‬ ‫زاویه‬‫نور‬‫به‬‫آینه‬‫ها‬‫و‬
‫فاصله‬‫آن‬‫ها‬‫انعکاس‬ ‫ضریب‬ ‫و‬‫آن‬‫ها‬‫نور‬ ‫تابش‬ ‫باز‬ ‫تکرار‬ ‫دفعات‬ ‫و‬‫در‬‫داخل‬‫مجموعه‬‫نور‬
‫خرو‬‫جی‬‫م‬ ‫موج‬ ‫طول‬ ‫دارای‬‫بود‬ ‫خواهد‬ ‫ورودی‬ ‫نور‬ ‫از‬ ‫تفاوتی‬.
‫فاصله‬ ‫که‬ ‫زمانی‬ ‫امر‬ ‫این‬‫آینه‬‫ها‬‫شود‬ ‫بیشتر‬
‫تأخیر‬‫شده‬ ‫بیشتر‬ ‫تابش‬ ‫باز‬ ‫هر‬ ‫در‬ ‫شده‬ ‫ایجاد‬
‫نور‬ ‫نهایی‬ ‫موج‬ ‫طول‬ ‫بر‬ ‫نتیجه‬ ‫در‬ ‫و‬
‫از‬ ‫خروجی‬‫سیستم‬‫تأثیر‬‫می‬‫گذارد‬.
‫مشخصات‬ ‫سایر‬ ‫گرفتن‬ ‫نظر‬ ‫در‬ ‫ثابت‬ ‫با‬
‫از‬ ‫یکی‬ ‫اگر‬ ‫سیستم‬‫آینه‬‫ها‬‫ثاب‬ ‫را‬‫دیگری‬ ‫و‬ ‫ت‬
‫کنیم‬ ‫متصل‬ ‫وزنه‬ ‫به‬ ‫را‬‫شتاب‬ ‫اعمال‬ ‫با‬‫و‬
‫فاصله‬ ‫فنر‬ ‫و‬ ‫جرم‬ ‫مجموعه‬ ‫حرکت‬‫آینه‬‫ها‬
‫خواهد‬ ‫تغییر‬ ‫موج‬ ‫طول‬ ‫نتیجه‬ ‫در‬ ‫کرده‬ ‫تغییر‬
.‫کرد‬
‫اولیه‬ ‫موج‬ ‫طول‬ ‫به‬ ‫وابسته‬ ‫موج‬ ‫طول‬ ‫تغییر‬ ‫فوق‬ ‫شکل‬ ‫در‬،‫نور‬ ‫ورود‬ ‫زاویه‬،‫فاصله‬‫دو‬
‫آینه‬‫تعداد‬ ‫و‬‫انعکاس‬‫داخل‬ ‫در‬ ‫نور‬‫آینه‬‫ها‬‫بود‬ ‫خواهد‬.‫فاصله‬ ‫اگر‬ ‫حال‬‫آینه‬‫ها‬‫را‬‫با‬ ‫متناسب‬
‫باشد‬ ‫وزنه‬ ‫جابجایی‬‫متنا‬ ‫نور‬ ‫موج‬ ‫طول‬ ‫تغییر‬‫سیستم‬ ‫به‬ ‫وارده‬ ‫شتاب‬ ‫با‬ ‫بود‬ ‫خواهد‬ ‫سب‬.
‫مبنای‬ ‫بر‬ ‫سنج‬ ‫شتاب‬ ‫سیستم‬ ‫یک‬ ‫فوق‬ ‫شکل‬ ‫در‬‫خاصیت‬‫تداخل‬‫سنج‬‫فابری‬-‫پرو‬
‫شتاب‬ ‫عمل‬ ‫در‬ ‫است‬ ‫شده‬ ‫داده‬ ‫نمایش‬ ‫است‬ ‫شده‬ ‫ساخته‬‫سنج‬‫های‬‫این‬ ‫اساس‬ ‫بر‬ ‫صنعتی‬
‫ساخته‬ ‫روش‬‫نمی‬‫شود‬‫بیشتر‬ ‫و‬. ‫دارد‬ ‫آزمایشگاهی‬ ‫جنبه‬
2-3( ‫حرارتی‬ ‫سنج‬ ‫شتاب‬ :AccelerometersThermal:)
‫نوع‬‫خ‬‫سنج‬ ‫شتاب‬ ‫از‬ ‫اصی‬‫می‬‫باشد‬‫داشته‬ ‫متفاوت‬ ‫ساختاری‬ ‫که‬‫و‬‫مشخصات‬. ‫دارد‬ ‫خاصی‬
‫قوانین‬ ‫اساس‬ ‫بر‬ ‫و‬ ‫نداشته‬ ‫متحرکی‬ ‫قطعه‬ ‫هیچ‬ ‫سنسور‬ ‫نوع‬ ‫این‬‫ترمودینامیک‬‫ک‬‫ار‬‫می‬‫کند‬‫در‬
‫برابر‬ ‫در‬ ‫نتیجه‬‫تشعشعات‬ ‫و‬ ‫مکانیکی‬ ‫ضربات‬‫الکترومغناطیسی‬‫ولی‬ ‫است‬ ‫مقاوم‬ ‫بسیار‬
. ‫دارد‬ ‫کمی‬ ‫دقت‬ ‫و‬ ‫محدود‬ ‫بسیار‬ ‫باند‬ ‫پهنای‬
‫کن‬ ‫گرم‬ ‫یک‬ ‫شامل‬ ‫سنسور‬ ‫نوع‬ ‫این‬‫چند‬ ،‫سنسور‬‫و‬‫یک‬‫هوا‬ ‫کوچک‬ ‫محفظه‬‫می‬‫باشد‬.
‫وارد‬ ‫شتابی‬ ‫سنسور‬ ‫به‬ ‫که‬ ‫زمانی‬‫نمی‬‫شود‬‫حرارت‬ ‫اثر‬ ‫در‬ ‫ندارد‬ ‫حرکتی‬ ‫و‬‫منتشر‬‫شده‬‫از‬
‫هوای‬ ‫المنت‬‫داخل‬‫محفظه‬‫به‬‫صورت‬‫گرم‬ ‫نواخت‬ ‫یک‬‫می‬‫شود‬‫میزان‬ ‫البته‬‫گرما‬‫کم‬ ‫بسیار‬
‫می‬‫باشد‬‫سیستم‬ ‫تا‬‫اشباع‬‫باشیم‬ ‫داشته‬ ‫سیستم‬ ‫در‬ ‫حرارتی‬ ‫گرادیان‬ ‫یک‬ ‫همیشه‬ ‫و‬ ‫نشود‬.
‫را‬ ‫یکسانی‬ ‫دمای‬ ‫عادی‬ ‫شرایط‬ ‫در‬ ‫که‬ ‫دارد‬ ‫وجود‬ ‫دما‬ ‫سنسور‬ ‫چندین‬ ‫کن‬ ‫گرم‬ ‫اطراف‬ ‫در‬
‫ا‬‫گیری‬ ‫ندازه‬‫می‬‫کنند‬.
‫وارد‬ ‫آن‬ ‫به‬ ‫کمی‬ ‫بسیار‬ ‫نیروی‬ ‫هوا‬ ‫کم‬ ‫جرم‬ ‫به‬ ‫توجه‬ ‫با‬ ‫شود‬ ‫وارد‬ ‫شتاب‬ ‫سیستم‬ ‫به‬ ‫اگر‬ ‫حال‬
‫شده‬‫واال‬‫سایر‬ ‫ولی‬ ‫داشت‬ ‫نخواهد‬ ‫جابجایی‬‫قسمت‬‫های‬‫شتاب‬ ‫اعمال‬ ‫جهت‬ ‫خالف‬ ‫در‬ ‫سنسور‬
‫ح‬ ‫این‬ ‫در‬ ‫کرد‬ ‫خواهد‬ ‫حرکت‬‫گرما‬ ‫لختی‬ ‫به‬ ‫توجه‬ ‫با‬ ‫الت‬، ‫هوا‬ ‫یی‬‫هوای‬‫طرف‬ ‫یک‬ ‫در‬ ‫گرم‬
‫جمع‬‫می‬‫شود‬‫توزیع‬ ‫و‬‫نرمال‬‫بهم‬ ‫حباب‬ ‫داخل‬ ‫در‬ ‫دما‬‫می‬‫خورد‬‫و‬‫در‬‫دما‬ ‫های‬ ‫سنسور‬ ‫نتیجه‬
‫دمای‬‫مختلفی‬‫ثبت‬ ‫را‬‫می‬‫کنند‬‫خواهد‬ ‫سیستم‬ ‫به‬ ‫وارده‬ ‫شتاب‬ ‫با‬ ‫متناسب‬ ‫دما‬ ‫اختالف‬ ‫این‬ ‫که‬
‫بود‬.
‫دما‬ ‫توزیع‬‫شتاب‬ ‫شدن‬ ‫وارد‬ ‫از‬ ‫پس‬‫جدول‬‫مشخصات‬‫یک‬‫شتاب‬‫سنج‬‫حرارتی‬
‫روش‬‫های‬‫نیز‬ ‫دیگری‬ ‫مختلف‬‫و‬‫جو‬‫دارد‬‫و‬ ‫داشته‬ ‫تحقیقاتی‬ ‫جنبه‬ ‫بیشتر‬ ‫که‬‫اکثرا‬‫از‬ ‫ترکیبی‬
‫روش‬‫های‬‫فوق‬‫الذکر‬‫می‬‫باشند‬‫برای‬ ‫پایان‬ ‫در‬ .‫بندی‬ ‫جمع‬‫روش‬‫های‬‫فوق‬‫جدول‬‫زیر‬‫مطرح‬
‫می‬‫شود‬.

More Related Content

PPT
Presentation for BD
PPTX
Sokobanja
PDF
Du barry shortcuts to sewing success - 1944
PPTX
Dicas enem
PDF
Ebook Một Số Nghiệp Vụ Cơ Bản Trong Bán Lẻ
DOC
Cv imran haider
PDF
Australia's Environment Explorer: Quick Tour
DOC
Nagarjuna_Damarla
Presentation for BD
Sokobanja
Du barry shortcuts to sewing success - 1944
Dicas enem
Ebook Một Số Nghiệp Vụ Cơ Bản Trong Bán Lẻ
Cv imran haider
Australia's Environment Explorer: Quick Tour
Nagarjuna_Damarla

Similar to Mems (20)

PPTX
Vibration topics
PDF
گزارش کار آزمایشگاه اندازه گیری
PPTX
Presentation bjt1
PDF
Learn orcad 9.2
PPTX
Electronic project
PDF
PDF
DVCA workshop
PDF
آموزش فیزیک الکتریسیته - فصل ششم تا نهم
PDF
Thesis Chaptersنگارپژوه :: فصل بندی پایان نامه
PDF
Smart Vibration Control for Wing Airplane by Using Piezoelectric Bimorph-Patc...
PDF
بررسی اجمالی دستگاه عیب یاب کابل TDR
PPTX
حلایتستتستتتستَتستسننس ترانسفرماتور.pptx
PDF
بکارگیری وصله­های پیزوالکتریک بصورت حسگر و عملگر به منظور دمپینگ ارتعاشی تیر...
PDF
Temperature sensor
PDF
یک ماشین خودکار سلولی نقطه کوانتومی جدید برای مبدل‌های کد 4 بیتی
PDF
کتاب تشریح پرسش های آزمون نظام مهندسی تاسیسات برقی-ویرایش تابستان 97
PDF
بسته طلایی تضمینی آزمون نظام مهندسی برق-نظارت
PDF
موضوع تحقیق : بررسی وسایل کنترل وحفاظت الکتریکی
PDF
Vibration topics
گزارش کار آزمایشگاه اندازه گیری
Presentation bjt1
Learn orcad 9.2
Electronic project
DVCA workshop
آموزش فیزیک الکتریسیته - فصل ششم تا نهم
Thesis Chaptersنگارپژوه :: فصل بندی پایان نامه
Smart Vibration Control for Wing Airplane by Using Piezoelectric Bimorph-Patc...
بررسی اجمالی دستگاه عیب یاب کابل TDR
حلایتستتستتتستَتستسننس ترانسفرماتور.pptx
بکارگیری وصله­های پیزوالکتریک بصورت حسگر و عملگر به منظور دمپینگ ارتعاشی تیر...
Temperature sensor
یک ماشین خودکار سلولی نقطه کوانتومی جدید برای مبدل‌های کد 4 بیتی
کتاب تشریح پرسش های آزمون نظام مهندسی تاسیسات برقی-ویرایش تابستان 97
بسته طلایی تضمینی آزمون نظام مهندسی برق-نظارت
موضوع تحقیق : بررسی وسایل کنترل وحفاظت الکتریکی
Ad

Mems

  • 1. ‫دانشگاه‬‫آزاد‬‫اسالمی‬‫واحد‬‫تبریز‬ ‫دانشکده‬‫مکانیک‬،‫مکاترونیک‬ ‫روش‬‫های‬‫شتاب‬ ‫سنجش‬ ‫مختلف‬‫در‬MEMS : ‫استاد‬‫والدی‬ ‫دکتر‬ ‫آقای‬ ‫جناب‬ ‫دانشجو‬:‫کثیری‬ ‫باقرزاده‬ ‫سامان‬ 900755904 ‫مکاترونیک‬2 ‫زمستان‬1991
  • 2. 1-‫شتاب‬ ‫کلی‬ ‫اصول‬ ‫بر‬ ‫ای‬ ‫مقدمه‬‫سنج‬‫ها‬ ‫روش‬‫های‬‫مختلفی‬‫و‬ ‫شتاب‬ ‫سنجش‬ ‫جهت‬‫که‬ ‫دارند‬ ‫جود‬‫تقریبا‬‫تمامی‬‫آن‬‫ها‬‫مبتنی‬‫بر‬‫مکانیزم‬ ‫وزنه‬،‫فنر‬‫و‬‫میراگر‬‫می‬‫باشند‬‫که‬‫به‬ ‫توجه‬ ‫با‬‫نیوتون‬ ‫دوم‬ ‫قانون‬‫به‬ ‫که‬ ‫زمانی‬‫وارد‬ ‫شتاب‬ ‫وزنه‬ ‫می‬‫شود‬‫شده‬ ‫آن‬ ‫جابجایی‬ ‫باعث‬‫گیری‬ ‫اندازه‬ ‫با‬ ‫و‬‫جابجایی‬ ‫این‬‫سیستم‬ ‫مدل‬ ‫بودن‬ ‫مشخص‬ ‫و‬ ‫می‬‫توان‬‫بدست‬ ‫را‬ ‫شتاب‬‫آورد‬. ‫فنر‬ ‫سختی‬ ‫میزان‬ ‫تغییر‬ ‫با‬،‫گری‬ ‫میرا‬ ‫مقدار‬ ‫و‬ ‫وزنه‬ ‫جرم‬‫می‬‫توان‬‫و‬ ‫دینامیک‬ ‫پارامترهای‬ ‫تشدید‬ ‫فرکانس‬ ‫قبیل‬ ‫از‬ ‫را‬ ‫سیستم‬ ‫استاتیک‬،‫سیستم‬ ‫باند‬ ‫پهنای‬،‫پایداری‬ ‫زمان‬‫اندازه‬ ‫سرعت‬ ‫و‬ ‫را‬ ‫گیری‬‫دلخواه‬ ‫به‬.‫داد‬ ‫تغییر‬‫سیستم‬ ‫یک‬ ‫در‬ ‫تغییر‬ ‫محدوده‬ ‫البته‬‫حلقه‬‫ایجاد‬ ‫با‬ ‫که‬ ‫بوده‬ ‫کم‬ ‫باز‬ ‫بسته‬ ‫حلقه‬ ‫سیستم‬ ‫یک‬‫می‬‫توان‬‫را‬ ‫فوق‬ ‫های‬ ‫پارامتر‬‫ای‬ ‫سیستم‬ ‫به‬ ‫و‬ ‫کرد‬ ‫کنترل‬ ‫بیشتر‬‫د‬‫ه‬‫ال‬ ‫نزدیک‬‫تر‬. ‫شد‬‫در‬‫برخی‬‫سیستم‬‫های‬‫اندازه‬‫از‬ ‫استفاده‬ ‫با‬ ‫شتاب‬ ‫گیری‬‫قوانین‬‫ترمودینامیک‬ ‫صورت‬‫می‬‫گیرد‬‫جرم‬ ‫مکانیزم‬ ‫از‬ ‫و‬‫و‬‫فنر‬‫استفاده‬‫نمی‬‫شود‬.‫دارند‬ ‫محدودی‬ ‫استفاده‬ ‫که‬‫ایده‬ ‫هدف‬ ‫شتاب‬ ‫طراحی‬ ‫در‬ ‫ال‬‫سنج‬‫ها‬‫دینامیکی‬ ‫خوب‬ ‫پاسخ‬ ، ‫خطی‬ ‫بسیار‬ ،‫نویز‬ ‫کم‬ ‫سیستم‬ ‫یک‬ ‫به‬ ‫رسیدن‬ ‫باال‬ ‫پایداری‬ ‫و‬ ‫محیط‬ ‫دمای‬ ‫به‬ ‫کم‬ ‫وابستگی‬ ، ‫توان‬ ‫کم‬ ‫مصرف‬ ، ‫سنج‬ ‫شتاب‬‫می‬‫باشد‬.‫به‬‫طور‬ ‫کلی‬‫سیستم‬‫ها‬‫طراحی‬ ‫بسته‬ ‫حلقه‬ ‫و‬ ‫باز‬ ‫حلقه‬ ‫صورت‬ ‫دو‬ ‫به‬‫می‬‫شوند‬‫که‬‫سیستم‬‫های‬‫باز‬ ‫حلقه‬ ‫سا‬‫استفاده‬ ‫حساس‬ ‫غیر‬ ‫کاربردهای‬ ‫در‬ ‫و‬ ‫بوده‬ ‫تر‬ ‫ده‬‫می‬‫شوند‬‫و‬‫سیستم‬‫های‬‫قیمت‬ ‫گران‬ ‫بسته‬ ‫حلقه‬ ‫و‬‫پیچیده‬.‫داشت‬ ‫خواهند‬ ‫تری‬ ‫باال‬ ‫کیفیت‬ ‫ولی‬ ‫بوده‬
  • 3. 1-1:‫سیستم‬‫های‬‫ح‬‫لقه‬( ‫باز‬open loop system: ) ‫که‬ ‫صورتی‬ ‫در‬‫سیگنال‬‫های‬‫سنسور‬ ‫از‬ ‫حاصل‬‫به‬‫طور‬‫استفاده‬ ‫مورد‬ ‫مستقیم‬‫قرار‬ ‫سی‬ ‫یک‬ ‫گیرد‬‫پارامتر‬ ‫به‬ ‫رسیدن‬ ‫برای‬ ‫سیستم‬ ‫نوع‬ ‫این‬ ‫در‬ . ‫داشت‬ ‫خواهیم‬ ‫باز‬ ‫حلقه‬ ‫ستم‬ ‫جرم‬ ‫افزایش‬ ‫مثال‬ ‫برای‬ ‫بدهیم‬ ‫تغییر‬ ‫را‬ ‫آن‬ ‫مکانیک‬ ‫مشخصات‬ ‫باید‬ ‫نیاز‬ ‫مورد‬ ‫های‬ ‫غیر‬ ‫موجب‬ ‫که‬ ‫وزنه‬‫خطی‬‫تر‬‫سیستم‬ ‫رفتار‬ ‫شدن‬‫می‬‫شود‬‫خود‬ ‫امر‬ ‫این‬ ‫بر‬ ‫عالوه‬ ‫که‬ ‫سیلیکون‬‫پایه‬‫این‬ ‫ساخت‬ ‫اصلی‬‫سیستم‬‫ها‬‫رفتار‬ ‫است‬‫دارد‬ ‫خطی‬ ‫غیر‬ ‫االستیک‬ ‫کاربرد‬ ‫از‬ ‫بسیار‬ ‫در‬ . ‫شد‬ ‫خواهد‬ ‫سنج‬ ‫شتاب‬ ‫کل‬ ‫بودن‬ ‫خطی‬ ‫غیر‬ ‫تشدید‬ ‫موجب‬ ‫که‬ ‫و‬ ‫بوده‬ ‫قبول‬ ‫قابل‬ ‫اشکاالت‬ ‫این‬ ‫پایین‬ ‫دقت‬ ‫با‬ ‫و‬ ‫ساده‬ ‫های‬‫سیستم‬‫های‬‫استفاده‬ ‫باز‬ ‫حلقه‬ ‫می‬‫شود‬.
  • 4. 1-2:‫سیستم‬‫های‬( ‫بسته‬ ‫حلقه‬close loop system: ) ‫نوع‬ ‫این‬ ‫در‬‫سیستم‬‫ها‬‫جرم‬ ‫مکانیزم‬ ‫بر‬ ‫عالوه‬،‫فنر‬‫و‬‫میر‬‫اگر‬‫ا‬ ‫سیستم‬ ‫یک‬‫ع‬‫نیرو‬ ‫مال‬‫مثال‬ ‫نیروی‬ ‫اعمال‬‫الکترواستاتیک‬‫گیری‬ ‫اندازه‬ ‫شتاب‬ ‫اثر‬ ‫در‬ ‫وزنه‬ ‫حرکت‬ . ‫دارد‬ ‫وجود‬ ‫نیز‬‫شده‬ ‫و‬‫شده‬ ‫داده‬ ‫کنترل‬ ‫سیستم‬ ‫به‬ ‫خطا‬ ‫عنوان‬ ‫به‬ ‫سیگنال‬ ‫این‬،‫اعمال‬ ‫مکانیزم‬ ‫به‬ ‫کنترل‬ ‫سیستم‬ ‫فرمان‬ ‫نیرو‬‫می‬‫دهد‬‫سیستم‬ ‫طرف‬ ‫از‬ ‫شده‬ ‫اعمال‬ ‫سیگنال‬ ‫داند‬ ‫برگر‬ ‫اول‬ ‫حالت‬ ‫به‬ ‫را‬ ‫وزنه‬ ‫تا‬ ‫از‬ . ‫سیستم‬ ‫کل‬ ‫به‬ ‫اعمالی‬ ‫شتاب‬ ‫با‬ ‫بود‬ ‫خواهد‬ ‫متناسب‬ ‫نیرو‬ ‫اعمال‬ ‫مکانیزم‬ ‫به‬ ‫کنترل‬ ‫بسته‬ ‫حلقه‬ ‫سیستم‬ ‫از‬ ‫استفاده‬ ‫مزایای‬‫می‬‫توان‬. ‫کرد‬ ‫اشاره‬ ‫زیر‬ ‫موارد‬ ‫به‬ 1-‫نو‬‫که‬ ‫وزنه‬ ‫سان‬‫در‬‫اثر‬‫شده‬ ‫منحرف‬ ‫خود‬ ‫سکون‬ ‫حالت‬ ‫از‬ ‫شتاب‬‫در‬‫مقایسه‬‫با‬ ‫اثرات‬ ‫نوسان‬ ‫کاهش‬ ‫به‬ ‫توجه‬ ‫با‬ ‫حالت‬ ‫این‬ ‫در‬ ‫شد‬ ‫خواهد‬ ‫کمتر‬ ‫بسیار‬ ‫باز‬ ‫حلقه‬ ‫سیستم‬ ‫سیستم‬ ‫و‬ ‫یافته‬ ‫کاهش‬ ‫نیز‬ ‫سیلیکونی‬ ‫فنر‬ ‫خطی‬ ‫غیر‬‫خطی‬‫تر‬. ‫کرد‬ ‫خواهد‬ ‫کار‬ 2-‫می‬‫توان‬‫را‬ ‫سیستم‬ ‫دینامیک‬ ‫مناسب‬ ‫کنترل‬ ‫سیستم‬ ‫طراحی‬ ‫با‬. ‫داد‬ ‫افزایش‬ 3-‫مناسب‬ ‫کنترل‬ ‫سیستم‬ ‫طراحی‬ ‫با‬‫می‬‫توانیم‬‫پهنای‬ ‫با‬ ‫نیاز‬ ‫مورد‬ ‫حساسیت‬ ‫به‬‫باند‬ ‫این‬ ‫کرد‬ ‫پیدا‬ ‫دست‬ ‫مناسب‬‫امر‬‫در‬‫سیستم‬‫امکان‬ ‫باز‬ ‫حلقه‬‫پذیر‬‫نبوده‬‫با‬ ‫و‬‫افزایش‬ ‫کاهش‬ ‫باند‬ ‫پهنای‬ ‫حساسیت‬‫می‬‫یابد‬. 4-‫تمامی‬ ‫باز‬ ‫حلقه‬ ‫حالت‬ ‫در‬‫رفتار‬‫مشخص‬ ‫به‬ ‫وابسته‬ ‫سنسور‬ ‫دینامیک‬ ‫و‬ ‫استاتیک‬‫ات‬ ‫آن‬ ‫ابعادی‬ ‫و‬ ‫مکانیکی‬‫می‬‫باشد‬‫این‬ ‫و‬‫مسئله‬‫ساز‬ ‫مشکل‬ ‫انبوه‬ ‫تولید‬ ‫در‬‫بود‬ ‫خواهد‬‫و‬ ‫با‬‫روش‬‫های‬‫سنسورهای‬ ‫در‬ ‫مشخصات‬ ‫تغییر‬ ‫امکان‬ ‫فعلی‬ ‫استاندارد‬ ‫ساخت‬‫هم‬ ‫با‬ ‫تا‬22‫دارد‬ ‫وجود‬ ‫نیز‬ %.
  • 5. 2-‫روش‬‫های‬‫شتاب‬ ‫گیری‬ ‫اندازه‬ ‫قسمت‬ ‫این‬ ‫در‬‫مهم‬‫ترین‬‫روش‬‫های‬‫بی‬ ‫که‬ ‫شتاب‬ ‫گیری‬ ‫اندازه‬‫شتر‬‫گیری‬ ‫اندازه‬ ‫اساس‬ ‫بر‬ ‫پارامتر‬‫میراگر‬ ‫و‬ ‫فنر‬ ، ‫جرم‬ ‫سیستم‬ ‫های‬‫اثر‬ ‫بر‬ ‫نوسان‬ ‫تیر‬ ‫کرنش‬ ‫یا‬ ‫وزنه‬ ‫جابجایی‬ ‫مانند‬ ‫شتاب‬ ‫از‬ ‫حاصل‬ ‫تنش‬‫می‬‫باشد‬‫مطرح‬‫می‬‫شود‬. 2-1:‫پیزو‬ ‫سنج‬ ‫شتاب‬‫رزیستیو‬((Piezoresistive Accelerometers: ‫را‬ ‫پیزورزیستیو‬ ‫خاصیت‬‫می‬‫توان‬‫این‬‫گونه‬‫ت‬ ‫که‬ ‫کرد‬ ‫مطرح‬‫یک‬ ‫الکتریکی‬ ‫مقاومت‬ ‫غییر‬ ‫نیروی‬ ‫اثر‬ ‫در‬ . ‫آن‬ ‫بر‬ ‫تنش‬ ‫اعمال‬ ‫اثر‬ ‫در‬ ‫رسانا‬ ‫نیمه‬‫فشاری‬‫که‬ ‫رسانا‬ ‫نیمه‬ ‫به‬ ‫شده‬ ‫وارد‬ ‫آن‬ ‫در‬ ‫کرنش‬ ‫ایجاد‬ ‫باعث‬‫می‬‫شود‬‫و‬ ‫کرده‬ ‫اثر‬ ‫سیلیکون‬ ‫کریستالی‬ ‫ساختار‬ ‫بر‬ ‫کرنش‬ ‫این‬ ‫و‬ ‫باعث‬‫تأثیر‬‫ب‬‫ر‬‫شعاع‬‫و‬ ‫اتمی‬bandgaps‫می‬‫شود‬‫نتیجه‬ ‫.در‬‫الکترون‬‫ها‬‫راحتی‬ ‫به‬ ‫می‬‫توانند‬‫برسند‬ ‫رسانش‬ ‫باند‬ ‫به‬‫و‬‫در‬‫رسانا‬ ‫نیمه‬ ‫مقاومت‬ ‫مقدار‬ ‫امر‬ ‫این‬ ‫اثر‬‫کاهش‬‫می‬‫یابد‬. ‫رسانا‬ ‫نیمه‬ ‫مقاومت‬ ‫افزایش‬ ‫باعث‬ ‫شود‬ ‫اعمال‬ ‫کششی‬ ‫نیرو‬ ‫اگر‬ ‫حال‬‫می‬‫شود‬. ‫و‬ ‫شده‬ ‫ساخته‬ ‫میراگر‬ ‫فنر‬ ،‫جرم‬ ‫سیستم‬ ‫یک‬ ‫حال‬‫می‬‫خواهیم‬‫جابجایی‬‫وزنه‬‫را‬‫که‬‫از‬ ‫ناشی‬ ‫ساختارهای‬ ‫در‬ ، ‫شود‬ ‫گیری‬ ‫اندازه‬ ‫شتاب‬ ‫اعمال‬mems‫فنر‬‫به‬‫صورت‬‫ساخته‬ ‫بیم‬ ‫یک‬ ‫می‬‫شود‬‫بیشتر‬ ‫بسیار‬ ‫آن‬ ‫مقطع‬ ‫سطح‬ ‫به‬ ‫نصبت‬ ‫آن‬ ‫طول‬ ‫که‬‫می‬‫باشد‬‫یک‬ ‫و‬‫که‬ ‫آن‬ ‫سمت‬ ‫آن‬ ‫دیگر‬ ‫سمت‬ ‫و‬ ‫بوده‬ ‫آزاد‬ ‫است‬ ‫وزنه‬ ‫شامل‬‫به‬‫صورت‬‫یک‬‫تکیه‬‫گاه‬‫گیر‬‫دار‬‫می‬‫باشد‬‫در‬ . ‫اساس‬ ‫بر‬ ‫نیرو‬ ‫یک‬ ‫شتاب‬ ‫اثر‬‫وارد‬ ‫دارد‬ ‫بیشتری‬ ‫جرم‬ ‫که‬ ‫وزنه‬ ‫بر‬ ‫نیوتون‬ ‫دوم‬ ‫قانون‬ ‫می‬‫شود‬‫در‬‫اثر‬‫خم‬ ،‫ساختار‬ ‫به‬ ‫توجه‬ ‫با‬ ‫شتاب‬ ‫عکس‬ ‫جهت‬ ‫در‬ ‫بیم‬ ‫نیرو‬ ‫این‬‫می‬‫شود‬‫به‬ ‫صورتی‬‫کشیده‬ ‫آن‬ ‫دیگر‬ ‫سمت‬ ‫و‬ ‫شده‬ ‫فشرده‬ ‫آن‬ ‫سمت‬ ‫یک‬ ‫که‬‫می‬‫شود‬.
  • 6. ‫آن‬ ‫مقاومت‬ ‫کنیم‬ ‫نسب‬ ‫پیزورزیستور‬ ‫بیم‬ ‫این‬ ‫روی‬ ‫بر‬ ‫اگر‬ ‫مرحله‬ ‫این‬ ‫در‬،‫خمش‬ ‫با‬ ‫متناسب‬ ‫نیرو‬‫و‬‫در‬‫نهایت‬‫اعمالی‬ ‫شتاب‬ ‫با‬ ‫متناسب‬. ‫کرد‬ ‫خواهد‬ ‫تغییر‬‫پیزورزیستر‬ ‫دو‬ ‫نصب‬ ‫با‬ ‫گیری‬ ‫اندازه‬ ‫بیشتری‬ ‫دقت‬ ‫با‬ ‫را‬ ‫شتاب‬ ‫مقدار‬ ‫وتستون‬ ‫پل‬ ‫از‬ ‫استفاده‬ ‫و‬ ‫هم‬ ‫مخالف‬ ‫سمت‬ ‫در‬ ‫می‬‫شود‬.‫بیم‬ ‫سمت‬ ‫دو‬ ‫در‬ ‫پیزورزیست‬ ‫ایجاد‬ ‫بودن‬ ‫مشکل‬ ‫به‬ ‫توجه‬ ‫با‬‫عمال‬‫سمت‬ ‫یک‬ ‫در‬ ‫خواه‬ ‫وجود‬‫و‬ ‫داشت‬ ‫د‬‫این‬‫باعث‬ ‫امر‬‫وابست‬.‫شد‬ ‫خواهد‬ ‫روش‬ ‫این‬ ‫در‬ ‫دما‬ ‫به‬ ‫گی‬ 2-2:‫شتاب‬‫سنج‬‫خازنی‬(Capacitive Accelerometers): ‫مکانیکی‬ ‫ساختار‬‫نیز‬ ‫سنج‬ ‫شتاب‬ ‫نوع‬ ‫این‬‫،فنر‬ ‫جرم‬‫و‬‫میرا‬‫گیر‬‫می‬‫باشد‬.‫در‬‫این‬‫روش‬‫از‬ ‫شتاب‬ ‫اثر‬ ‫در‬ ‫وزنه‬ ‫جابجایی‬‫به‬‫منظور‬‫دی‬ ‫جابجایی‬ ‫یا‬ ‫و‬ ‫خازن‬ ‫یک‬ ‫صفحات‬ ‫جابجایی‬ ‫استفاده‬ ‫صفحات‬ ‫بین‬ ‫الکتریک‬‫می‬‫شود‬. ‫ظ‬‫الکتریک‬ ‫دی‬ ‫،نوع‬ ‫صفحات‬ ‫(مساحت‬ ‫عامل‬ ‫سه‬ ‫به‬ ‫خازن‬ ‫رفیت‬‫و‬‫فاصله‬‫صفحه‬‫ها‬) ‫کاربردها‬ ‫اکثر‬ ‫در‬ ‫که‬ ‫است‬ ‫وابسته‬‫به‬‫دلیل‬‫فاصله‬ ‫ساخت‬ ‫سهولت‬‫صفحه‬‫ها‬‫را‬‫متغیر‬‫در‬ ‫ن‬‫ظر‬‫می‬‫گیرند‬. ‫نمونه‬ ‫یک‬ ‫در‬ ‫مثال‬ ‫برای‬‫ثابت‬ ‫الکتریک‬ ‫دی‬ ‫نوع‬ ‫و‬ ‫مساحت‬‫بوده‬‫فاصله‬ ‫ولی‬‫صفحه‬‫ها‬ ‫متغیر‬‫نصب‬ ‫با‬ ‫که‬ ‫است‬‫ثابت‬ ‫قسمت‬ ‫روی‬ ‫بر‬ ‫دیگر‬ ‫صفحه‬ ‫و‬ ‫وزنه‬ ‫روی‬ ‫بر‬ ‫صفحه‬ ‫یک‬
  • 7. ‫سیستم‬‫حاصل‬‫می‬‫شود‬‫عمل‬ ‫این‬ ‫با‬ ‫و‬‫بین‬ ‫فاصله‬‫صفحه‬‫ها‬‫که‬ ‫وزنه‬ ‫حرکت‬ ‫به‬ ‫وابسته‬‫خود‬ ‫شتاب‬ ‫با‬ ‫متناسب‬‫به‬ ‫وارده‬‫است‬ ‫آن‬‫مرتبط‬‫شد‬ ‫خواهد‬. ‫سه‬‫اندا‬ ‫برای‬ ‫اصلی‬ ‫حالت‬‫ظرفیت‬ ‫گیری‬ ‫زه‬‫خازنی‬‫دارد‬ ‫وجود‬ ‫متغیر‬‫که‬‫به‬‫شرح‬‫زیر‬ . ‫است‬ 1-‫از‬ ‫استفاده‬‫پل‬‫های‬AC‫کاپاسیتانس‬ ‫گیری‬ ‫اندازه‬ ‫و‬‫مدوالسیون‬ ‫یک‬ ‫واقع‬ ‫در‬ ‫که‬AM . ‫داشت‬ ‫خواهیم‬ 2-‫شتا‬ ‫با‬ ‫متناسب‬ ‫فرکانس‬ ‫تغییر‬ ‫که‬ ‫تانک‬ ‫مدار‬ ‫یک‬ ‫از‬ ‫استفاده‬‫حاصل‬ ‫ب‬‫می‬‫شود‬‫و‬ ‫می‬‫توان‬‫مدوالسیون‬ ‫با‬ ‫سیم‬ ‫بی‬ ‫سنسور‬ ‫یک‬FM. ‫ساخت‬ 3-‫حالت‬DC‫خازنی‬ ‫ظرفیت‬ ‫تغییر‬ ‫با‬ ‫و‬ ‫داشته‬ ‫نگاه‬ ‫ثابت‬ ‫های‬ ‫صفحه‬ ‫روی‬ ‫را‬ ‫بار‬ ‫که‬ .‫کند‬ ‫پیدا‬ ‫تغییر‬ ‫ولتاژ‬ ‫از‬‫مزیت‬‫های‬‫شتاب‬ ‫نوع‬ ‫این‬‫سنج‬‫ها‬‫هم‬ ‫و‬ ‫سنسور‬ ‫عنوان‬ ‫به‬ ‫خازنی‬ ‫صفحات‬ ‫از‬ ‫استفاده‬ ‫بسته‬ ‫حلقه‬ ‫سیستم‬ ‫در‬ ‫عملگر‬‫می‬‫ب‬‫اشد‬‫شتاب‬ ‫ساخت‬ ‫در‬ ‫دلیل‬ ‫این‬ ‫به‬‫سنج‬‫های‬‫حلقه‬ ‫دقیق‬ ‫بسته‬‫اکثرا‬‫استفاده‬ ‫ساختار‬ ‫این‬ ‫از‬‫می‬‫شود‬. ‫را‬ ‫سنسور‬ ‫این‬ ‫خازنی‬ ‫صفحات‬ ‫عمل‬ ‫در‬‫به‬‫صورت‬‫ای‬ ‫شانه‬‫می‬‫سازند‬‫و‬‫چندین‬‫خازن‬‫به‬ ‫صورت‬. ‫شود‬ ‫حاصل‬ ‫نهایی‬ ‫ظرفیت‬ ‫تا‬ ‫و‬ ‫شده‬ ‫متصل‬ ‫هم‬ ‫به‬ ‫موازی‬ ‫و‬ ‫سری‬
  • 8. 2-3:‫شتاب‬‫سنج‬‫پیزو‬‫الکتریک‬(Piezoelectric Accelerometers: ) ‫ساختار‬‫مکانیکی‬‫این‬‫نوع‬‫شتاب‬‫سنج‬‫جرم‬‫،فنر‬‫و‬‫میرا‬‫گیر‬‫گیری‬ ‫اندازه‬ ‫برای‬ ‫و‬ ‫بوده‬ ‫مواد‬ ‫پیزوالکتریک‬ ‫خاصیت‬ ‫از‬ ‫جابجایی‬‫استفاده‬ ‫کریستالی‬‫می‬‫شود‬.‫اثر‬‫پیزوالکتریک‬ ‫توانایی‬‫برخی‬‫مواد‬‫می‬‫باشد‬‫برای‬‫تبدیل‬‫انرژی‬‫مکانیکی‬‫به‬‫انرژی‬‫الکتریکی‬‫و‬‫تبدیل‬ ‫انرژی‬‫الکتریکی‬‫به‬‫انرژی‬‫مکانیکی‬.‫ا‬‫ثر‬‫پیزوالکتریک‬‫در‬‫انواع‬‫مواد‬‫از‬‫جمله‬‫تک‬ ،‫بلورها‬‫سرامیک‬،‫ها‬‫بسپارها‬‫و‬‫مواد‬‫مرکب‬‫دیده‬‫می‬‫شود‬.‫تولید‬‫اختالف‬‫پتانسیل‬‫الکتریکی‬ ‫در‬‫برخی‬‫بلورهای‬‫نارسانا‬‫مثل‬‫کوارتز‬‫تحت‬‫کشش‬‫یا‬‫فشار‬‫معکوس‬‫هم‬‫هستند‬‫و‬‫هر‬‫چه‬ ‫میزان‬‫فشار‬‫یا‬‫کشش‬‫بیش‬‫تر‬،‫باشد‬‫اختالف‬‫پتانسیل‬‫تولید‬‫شده‬‫بیش‬‫تر‬‫بود‬ ‫خواهد‬. ‫جابجایی‬ ‫گیری‬ ‫اندازه‬ ‫برای‬‫معموال‬‫از‬2‫استفاده‬ ‫حالت‬‫می‬‫شود‬. 1-‫بیم‬ ‫روی‬ ‫بر‬ ‫پیزو‬ ‫نسب‬‫به‬‫صورت‬‫بیم‬ ‫شدن‬ ‫خم‬ ‫با‬ ‫حالت‬ ‫این‬ ‫در‬ ‫که‬ ‫زیر‬ ‫شکل‬ ‫ا‬ ‫پیزو‬ ‫کریستال‬ ‫به‬ ‫تنش‬ ‫یک‬ ‫وزنه‬ ‫به‬ ‫متصل‬‫ع‬‫مال‬‫می‬‫شود‬‫به‬ ‫موجب‬ ‫امر‬ ‫این‬ ‫که‬ .‫بود‬ ‫خواهد‬ ‫شتاب‬ ‫با‬ ‫متناسب‬ ‫که‬ ‫شده‬ ‫پتانسیل‬ ‫اختالف‬ ‫آمدن‬ ‫وجود‬‫روش‬ ‫این‬ ‫با‬ ‫می‬‫توان‬‫گیری‬ ‫اندازه‬ ‫قابلیت‬ ‫و‬ ‫باال‬ ‫حساسیت‬ ‫با‬ ‫سیستمی‬‫شتاب‬‫های‬‫ساخت‬ ‫کوچک‬ ‫برابر‬ ‫در‬ ‫ولی‬‫شتاب‬‫های‬.‫داشت‬ ‫خواهد‬ ‫پایینی‬ ‫مقاومت‬ ) ‫(ضربه‬ ‫باال‬ ‫بسیار‬ 2-‫نخواهیم‬ ‫بیم‬ ‫دیگر‬ ‫حالت‬ ‫این‬ ‫در‬ ‫که‬ ‫پیزو‬ ‫کریستال‬ ‫روی‬ ‫بر‬ ‫وزنه‬ ‫مستقیم‬ ‫دادن‬ ‫قرار‬ ‫فنری‬ ‫حالت‬ ‫و‬ ‫داشت‬‫مستقیما‬‫و‬ ‫شتاب‬ ‫از‬ ‫ناشی‬ ‫تنش‬ ‫برابر‬ ‫در‬ ‫کریستال‬ ‫کرنش‬ ‫از‬ ‫نظر‬ ‫از‬ ‫ولی‬ ‫شده‬ ‫کمتر‬ ‫سیستم‬ ‫حساسیت‬ ‫حالت‬ ‫این‬ ‫در‬ ‫بود‬ ‫خواهد‬ ‫وزنه‬ ‫جرم‬ ‫سنجش‬ ‫امکان‬ ‫و‬ ‫داشت‬ ‫خواهیم‬ ‫بیشتری‬ ‫مقاومت‬ ‫مکانیکی‬‫شتاب‬‫های‬‫قدرت‬ ‫و‬ ‫باال‬ ‫را‬ ‫ضربات‬‫به‬‫وجود‬‫می‬‫آید‬.
  • 9. 2-4:‫شتاب‬‫سنج‬( ‫تونلی‬Tunneling Accelerometers: ) ‫مانند‬ ‫نیز‬ ‫سیستم‬ ‫این‬ ‫مکانیکی‬ ‫ساختار‬‫روش‬‫های‬‫استفاده‬ ‫فنر‬ ‫و‬ ‫جرم‬ ‫از‬ ‫و‬ ‫است‬ ‫قبلی‬‫می‬‫کند‬ ‫استفاده‬ ‫زنی‬ ‫تونل‬ ‫جریان‬ ‫گیری‬ ‫اندازه‬ ‫روش‬ ‫از‬ ‫وزنه‬ ‫جابجایی‬ ‫گیری‬ ‫اندازه‬ ‫برای‬ ‫و‬‫می‬‫شود‬ ‫تونل‬ ‫جریان‬ ‫تغییرات‬ ‫نسبت‬ ‫و‬ ‫بوده‬ ‫باال‬ ‫بسیار‬ ‫جابجایی‬ ‫گیری‬ ‫اندازه‬ ‫در‬ ‫روش‬ ‫این‬ ‫دقت‬ ‫که‬ ‫بود‬ ‫خواهد‬ ‫نمایی‬ ‫رابطه‬ ‫یک‬ ‫جابجایی‬ ‫به‬ ‫زنی‬‫در‬‫ابعاد‬.‫دارد‬ ‫باال‬ ‫دقتی‬ ‫کوچک‬‫معموال‬ ‫را‬ ‫سنج‬ ‫شتاب‬ ‫نوع‬ ‫این‬‫به‬‫صورت‬‫بسته‬ ‫حلقه‬‫می‬‫سازند‬‫بود‬ ‫خواهد‬ ‫فیدبک‬ ‫دارای‬ ‫سیستم‬ ‫و‬ ‫مکانیزم‬ ‫بر‬ ‫عالوه‬ ‫پس‬‫ایجاد‬‫و‬‫اندازه‬‫یک‬ ‫زنی‬ ‫تونل‬ ‫جریان‬ ‫گیری‬‫عملگر‬‫الکترواستاتیک‬ . ‫وزنه‬ ‫موقعیت‬ ‫کنترل‬ ‫برای‬ ‫داشت‬ ‫خواهیم‬ ‫نیز‬ ‫را‬ ‫زنی‬ ‫تونل‬ ‫مفهوم‬‫می‬‫توان‬‫کرد‬ ‫مطرح‬ ‫صورت‬ ‫این‬ ‫به‬‫در‬ ‫فاصله‬ ‫به‬ ‫رسانا‬ ‫دو‬ ‫اگر‬ ‫که‬ ‫پدیده‬ ‫برسند‬ ‫هم‬ ‫متری‬ ‫نانو‬ ‫یک‬ ‫حدود‬‫تونل‬‫زنی‬‫الکترون‬‫های‬‫حدی‬ ‫به‬‫می‬‫رسد‬‫قادر‬ ‫ما‬ ‫که‬ .‫بود‬ ‫خواهیم‬ ‫پدیده‬ ‫این‬ ‫از‬ ‫ناشی‬ ‫جریان‬ ‫گیری‬ ‫اندازه‬ ‫به‬‫در‬‫ظاهر‬‫الکترون‬‫ها‬‫کافی‬ ‫انرژی‬ ‫ندارند‬ ‫را‬ ‫است‬ ‫کوچک‬ ‫هوایی‬ ‫فاصله‬ ‫یک‬ ‫اینجا‬ ‫در‬ ‫که‬ ‫سد‬ ‫از‬ ‫عبور‬ ‫برای‬‫ولی‬‫بنا‬‫بر‬‫اصول‬ ‫سد‬ ‫طرف‬ ‫آن‬ ‫در‬ ‫کوانتوم‬ ‫فیزیک‬‫نواحی‬‫احتمال‬ ‫که‬ ‫دارد‬ ‫وجود‬‫حضور‬‫الکترون‬‫ها‬‫آنجا‬ ‫در‬ ‫قسمتی‬ ‫پس‬ ‫نیست‬ ‫صفر‬‫از‬‫الکترون‬‫ها‬‫حتما‬‫زنی‬ ‫تونل‬ ‫میزان‬ . ‫کرد‬ ‫خواهند‬ ‫عبور‬ ‫سد‬ ‫از‬ ‫الکترون‬‫ها‬‫دارند‬ ‫هم‬ ‫با‬ ‫نمایی‬ ‫رابطه‬ ‫یک‬ ‫که‬ ‫است‬ ‫سد‬ ‫عرض‬ ‫به‬ ‫وابسته‬‫به‬‫صورت‬‫زیر‬ ‫مطرح‬‫می‬‫شود‬. ‫که‬‫در‬‫رابطه‬‫جریان‬‫تونل‬‫زنی‬x‫بقیه‬ ‫و‬ ‫بوده‬ ‫سد‬ ‫پهنای‬‫پارامترها‬‫تقریبا‬‫و‬ ‫بوده‬ ‫ثابت‬ ‫وابسته‬‫محیط‬ ‫شرایط‬ ‫و‬ ‫دما‬ ‫و‬ ‫جنس‬ ‫به‬‫هستند‬‫سد‬ ‫معرض‬ ‫وزنه‬ ‫به‬ ‫شتاب‬ ‫اعمال‬ ‫با‬ .‫تونل‬ ‫تغییر‬ ‫نیز‬ ‫جریان‬ ‫میزان‬ ‫نتیجه‬ ‫در‬ ‫و‬ ‫کرده‬ ‫تغییر‬ ‫زنی‬‫می‬‫کند‬‫شتاب‬ ‫به‬ ‫وابسته‬ ‫تغییر‬ ‫این‬ ‫که‬ . ‫بود‬ ‫خواهد‬ ‫در‬‫تئوری‬‫روش‬ ‫این‬‫دقیق‬‫ترین‬‫و‬‫حساس‬‫ترین‬‫اندازه‬ ‫روش‬‫شتاب‬ ‫گیری‬‫می‬‫باشد‬‫به‬ ‫بنا‬ ‫ولی‬ ‫مشکال‬ ‫از‬ ‫یکی‬ ‫است‬ ‫مانده‬ ‫باقی‬ ‫تحقیقاتی‬ ‫حد‬ ‫در‬ ‫و‬ ‫نشده‬ ‫سازی‬ ‫تجاری‬ ‫دالیلی‬‫روش‬ ‫این‬ ‫ت‬ ‫جریان‬ ‫وابستگی‬‫تونل‬‫مدان‬ ‫دما‬ ‫به‬ ‫زنی‬‫الکترواستاتیک‬‫برخورد‬ ‫و‬‫نوترون‬‫ها‬‫که‬ ‫است‬ ‫دشوار‬ ‫را‬ ‫محیطی‬ ‫شرایط‬ ‫کنترل‬‫می‬‫کند‬‫نشد‬ ‫حل‬ ‫مشکالت‬ ‫از‬ ‫یکی‬ ‫و‬‫زمینه‬ ‫این‬ ‫در‬ ‫ه‬ (long-term drift. ‫است‬ ‫الکتریکی‬ ‫میدان‬ ‫در‬ ) ‫شتاب‬ ‫این‬ ‫از‬ ‫نوع‬ ‫دو‬ ‫شکل‬ ‫ادامه‬ ‫در‬‫سنج‬‫ها‬‫کلیات‬ ‫که‬ ‫شده‬ ‫داده‬ ‫نمایش‬‫یکسانی‬‫ولی‬ ‫داشته‬ .‫دارند‬ ‫متفاوتی‬ ‫های‬ ‫ساختار‬
  • 10. ‫فوق‬ ‫شکل‬‫قسمت‬‫های‬‫نشا‬ ‫را‬ ‫سنج‬ ‫شتاب‬ ‫نوع‬ ‫این‬ ‫اصلی‬‫که‬ ‫داده‬ ‫ن‬‫به‬‫طور‬‫سه‬ ‫شامل‬ ‫کلی‬ (‫قسمت‬‫وزنه‬‫و‬‫بیم‬–‫الکترواستاتیک‬ ‫عملگر‬ ‫صفحات‬–‫الکترود‬‫و‬‫نوک‬‫تونلینگ‬)‫می‬‫شود‬. ‫فوق‬ ‫شکل‬ ‫در‬‫قسمت‬‫های‬‫سنج‬ ‫شتاب‬ ‫مختلف‬‫تونلی‬‫آن‬ ‫کنترل‬ ‫مدار‬ ‫و‬‫که‬ ‫شده‬ ‫داده‬ ‫نمایش‬ ‫و‬ ‫الکترواستاتیک‬ ‫عملگرهای‬ ، ‫بسته‬ ‫حلقه‬ ‫کنترل‬ ‫سیستم‬ ‫شامل‬‫پر‬‫اپ‬‫جریان‬‫تونلی‬‫که‬‫به‬ ‫صورت‬‫ن‬‫و‬‫دارد‬ ‫قرا‬ ‫وسط‬ ‫در‬ ‫تیز‬ ‫ک‬‫می‬‫شود‬.. ‫دارد‬ ‫قبل‬ ‫شکل‬ ‫با‬ ‫متفاوت‬ ‫ساختاری‬ ‫که‬ 2-5:‫شتاب‬‫سنج‬( ‫تشدیدی‬Resonant Accelerometers): ‫شتاب‬ ‫از‬ ‫نوع‬ ‫این‬‫سنج‬‫ها‬‫پیچیده‬ ‫بسیار‬‫اوسیالتور‬ ‫فرکانس‬ ‫تغییر‬ ‫اساس‬ ‫بر‬ ‫را‬ ‫شتاب‬ ‫و‬ ‫بوده‬ ‫که‬ ‫داخلی‬‫الکترومکانیکی‬‫می‬‫باشد‬‫گیری‬ ‫اندازه‬‫می‬‫کند‬. ‫فقط‬ ‫سنج‬ ‫شتاب‬ ‫نوع‬ ‫این‬ . ‫است‬ ‫نشده‬ ‫سازی‬ ‫تجاری‬ ‫و‬ ‫بوده‬ ‫پیچیده‬ ‫سنج‬ ‫شتاب‬ ‫این‬ ‫ساختار‬ ‫بسته‬ ‫حلقه‬ ‫حالت‬ ‫در‬‫می‬‫تواند‬‫پیچیده‬ ‫جانبی‬ ‫مدارات‬ ‫به‬ ‫شتاب‬ ‫سازی‬ ‫آشکار‬ ‫برای‬ ‫و‬ ‫کند‬ ‫عمل‬ . ‫هست‬ ‫نیاز‬ ‫ای‬
  • 11. ‫جرم‬ ‫و‬ ‫نداریم‬ ‫گر‬ ‫میرا‬ ‫سنج‬ ‫شتاب‬ ‫این‬ ‫در‬‫و‬‫فنر‬‫در‬ ‫خود‬ ‫طبیعی‬ ‫فرکانس‬ ‫با‬‫خأل‬‫حال‬ ‫در‬ ‫نوسان‬‫هستند‬‫داشته‬ ‫نگه‬ ‫ثابت‬ ‫فرکانس‬ ‫همان‬ ‫در‬ ‫سنج‬ ‫شتاب‬ ‫کنترل‬ ‫سیستم‬ ‫توسط‬ ‫که‬ ‫می‬‫شود‬‫نتیجه‬ ‫در‬ ‫فیزیک‬ ‫مشخصات‬ ‫تغییر‬ ‫باعث‬ ‫جرم‬ ‫به‬ ‫خارجی‬ ‫شتاب‬ ‫اعمال‬ ‫با‬ ‫.و‬‫باعث‬ ‫تشدید‬ ‫فرکانس‬ ‫تغییر‬‫طبیعی‬‫اعمالی‬ ‫شتاب‬ ‫به‬ ‫وابسته‬ ‫فرکانس‬ ‫تغییر‬ ‫این‬ ‫که‬ ‫شده‬ ‫سیستم‬ . ‫بود‬ ‫خواهد‬ ‫را‬ ‫فنر‬ ‫و‬ ‫جرم‬ ‫سیستم‬ ‫طبیعی‬ ‫فرکانس‬ ‫که‬ ‫فوق‬ ‫فرمول‬ ‫در‬‫مشخص‬‫می‬‫کند‬. (E‫بیم‬ ‫سازنده‬ ‫مواد‬ ‫یانگ‬ ‫مدول‬ ::w‫پهنای‬‫بیم‬L‫بیم‬ ‫طول‬ :t،‫بیم‬ ‫:ضخامت‬M، ‫وزنه‬ ‫جرم‬ :MB‫بیم‬ ‫جرم‬ :) ‫با‬ ‫نیرو‬ ‫شدن‬ ‫وارد‬ ‫با‬‫یانگ‬ ‫مدول‬ ‫به‬ ‫توجه‬‫باعث‬‫تغییر‬‫ابعاد‬‫طبیعی‬ ‫فرکانس‬ ‫و‬ ‫شده‬‫سیستم‬ .‫کرد‬ ‫خواهد‬ ‫تغییر‬ ‫شتاب‬ ‫این‬ ‫اصلی‬ ‫اجزای‬‫سنج‬‫ها‬‫را‬‫می‬‫توان‬‫به‬‫صورت‬. ‫کرد‬ ‫بندی‬ ‫دسته‬ ‫زیر‬
  • 12. 1-‫جرم‬‫و‬‫فنر‬ 2-‫الکترواستاتیک‬ ‫است‬ ‫ممکن‬ ‫که‬ ‫عملگر‬،‫پیزو‬‫یا‬ ‫الکتریک‬‫تر‬‫مال‬‫باشد‬. 3-‫فنر‬ ‫و‬ ‫جرم‬ ‫مجموعه‬ ‫فرکانس‬ ‫گیری‬ ‫اندازه‬ ‫سیستم‬، ‫پیزو‬ ‫است‬ ‫ممکن‬ ‫که‬‫تونلی‬‫یا‬ ‫و‬ . ‫باشد‬ ‫جابجایی‬ ‫سنجش‬ ‫مکانیزم‬ ‫هر‬ 4-‫که‬ ‫عملگرها‬ ‫تغذیه‬ ‫سیستم‬‫آن‬‫ها‬‫درایو‬ ‫مشخصی‬ ‫فرکانس‬ ‫با‬ ‫را‬‫می‬‫کند‬. 5-‫که‬ ‫فرکانس‬ ‫تغییر‬ ‫سازی‬ ‫آشکار‬ ‫سیستم‬‫معموال‬( ‫از‬PLL‫)استفاده‬‫می‬‫شود‬. 6-‫تمامی‬ ‫که‬ ‫کنترل‬ ‫سیستم‬‫قسمت‬‫ها‬‫و‬ ‫کرده‬ ‫کنترل‬ ‫را‬‫خروجی‬‫را‬ ‫شتاب‬ ‫با‬ ‫متناسب‬ ‫فراهم‬‫می‬‫کند‬. ‫نسبت‬ ‫به‬ ‫شد‬ ‫طراحی‬ ‫انواع‬ ‫از‬ ‫برخی‬ ‫در‬743 Hz/G‫نیز‬‫دست‬‫یافته‬‫اند‬‫هر‬ ‫برای‬ ‫یعنی‬ ‫شتاب‬ ‫جی‬ ‫یک‬343‫حاصل‬ ‫سیستم‬ ‫طبیعی‬ ‫فرکانس‬ ‫در‬ ‫تغییر‬ ‫هرتز‬‫به‬ ‫توجه‬ ‫با‬ . ‫است‬ ‫شده‬ ‫وجود‬ ‫عدم‬‫عامل‬‫میرا‬. ‫بود‬ ‫خواهد‬ ‫باال‬ ‫بسیار‬ ‫سیستم‬ ‫گر‬‫معموال‬‫نوسانگرها‬‫را‬‫به‬‫صورت‬ ‫دیفرانسیلی‬‫می‬‫سازند‬. ‫کنند‬ ‫حذف‬ ‫خروجی‬ ‫فرکانس‬ ‫از‬ ‫را‬ ‫حرارتی‬ ‫خطای‬ ‫تا‬ ‫یک‬ ‫دیاگرام‬ ‫بلوک‬ ‫فوق‬ ‫شکل‬‫تشدیدی‬ ‫سنج‬ ‫شتاب‬‫می‬‫باشد‬‫نوسان‬ ‫که‬( ‫حرارتی‬ ‫آن‬ ‫ساز‬‫مانند‬ ‫متال‬ ‫بی‬)‫فرکانس‬ ‫گیری‬ ‫اندازه‬ ‫سیستم‬ ‫و‬ ‫بوده‬‫جر‬‫پیزو‬ ‫نوع‬ ‫از‬ ‫فنر‬ ‫و‬ ‫م‬‫می‬‫باشد‬‫و‬‫نهایت‬ ‫در‬ ‫فرکانس‬‫حا‬‫از‬ ‫استفاده‬ ‫با‬ ‫صل‬‫د‬ ‫یک‬‫مودوالتور‬‫ولتاژ‬ ‫به‬‫شتاب‬ ‫با‬ ‫متناسب‬‫تبدیل‬‫می‬‫شود‬.‫در‬ ‫شده‬ ‫طراحی‬ ‫نیز‬ ‫داخلی‬ ‫مرجع‬ ‫یک‬ ‫سنج‬ ‫شتاب‬ ‫این‬‫تست‬ ‫و‬ ‫کالیبراسیون‬ ‫مراحل‬ ‫در‬ ‫تا‬ ‫است‬ .‫گیرد‬ ‫قرار‬ ‫استفاده‬ ‫مورد‬ ‫سیستم‬
  • 13. 2-6:‫شتاب‬‫سنج‬‫اپتیکی‬(Fabry-Perot interferometer Accelerometers): ‫معموال‬‫در‬‫این‬‫از‬ ‫نیز‬ ‫ساختار‬، ‫جرم‬‫فنر‬‫گر‬ ‫میرا‬ ‫و‬‫استفاده‬‫می‬‫شود‬. ‫انواع‬‫روش‬‫ها‬‫گیری‬ ‫اندازه‬ ‫برای‬‫جابجایی‬‫وزنه‬‫استفاده‬ ‫با‬‫از‬‫پارامترهای‬‫اپتیکی‬ ‫از‬ ‫دارد‬ ‫وجود‬‫جمله‬(‫تغییر‬، ‫شدت‬،‫فاز‬‫پوالر‬‫ا‬، ‫یزاسیون‬) ‫فرکانس‬ ‫و‬ ‫موج‬ ‫طول‬ ‫ی‬ ‫هر‬ ‫که‬ ‫نور‬‫ک‬‫مزیت‬‫ها‬‫دارند‬ ‫را‬ ‫خود‬ ‫خاص‬ ‫معایب‬ ‫و‬. ‫در‬‫این‬‫از‬ ‫یکی‬ ‫قسمت‬‫روش‬‫ها‬‫مطرح‬ ‫نمونه‬ ‫برای‬‫می‬‫شود‬‫که‬‫موج‬ ‫طول‬ ‫تغییر‬ ‫اساس‬ ‫بر‬ ‫می‬‫باشد‬.‫ا‬ ‫سنج‬ ‫شتاب‬ ‫نوع‬ ‫این‬ ‫در‬‫خاصیت‬ ‫ز‬‫تداخل‬‫سنج‬‫فابری‬-‫پرو‬‫است‬ ‫شده‬ ‫استفاده‬. ‫شفاف‬ ‫نیمه‬ ‫آینه‬ ‫دو‬ ‫سیستم‬ ‫این‬ ‫در‬،‫کیفیت‬‫باال‬،‫موازی‬‫و‬‫فاصله‬ ‫با‬‫قرار‬ ‫هم‬ ‫کنار‬‫می‬‫گیرند‬ ‫مج‬ ‫این‬ ‫وارد‬ ‫منبع‬ ‫یک‬ ‫از‬ ‫نوری‬ ‫سپس‬‫و‬ ‫شده‬ ‫موعه‬‫بنا‬‫به‬‫ورود‬ ‫زاویه‬‫نور‬‫به‬‫آینه‬‫ها‬‫و‬ ‫فاصله‬‫آن‬‫ها‬‫انعکاس‬ ‫ضریب‬ ‫و‬‫آن‬‫ها‬‫نور‬ ‫تابش‬ ‫باز‬ ‫تکرار‬ ‫دفعات‬ ‫و‬‫در‬‫داخل‬‫مجموعه‬‫نور‬ ‫خرو‬‫جی‬‫م‬ ‫موج‬ ‫طول‬ ‫دارای‬‫بود‬ ‫خواهد‬ ‫ورودی‬ ‫نور‬ ‫از‬ ‫تفاوتی‬. ‫فاصله‬ ‫که‬ ‫زمانی‬ ‫امر‬ ‫این‬‫آینه‬‫ها‬‫شود‬ ‫بیشتر‬ ‫تأخیر‬‫شده‬ ‫بیشتر‬ ‫تابش‬ ‫باز‬ ‫هر‬ ‫در‬ ‫شده‬ ‫ایجاد‬ ‫نور‬ ‫نهایی‬ ‫موج‬ ‫طول‬ ‫بر‬ ‫نتیجه‬ ‫در‬ ‫و‬ ‫از‬ ‫خروجی‬‫سیستم‬‫تأثیر‬‫می‬‫گذارد‬. ‫مشخصات‬ ‫سایر‬ ‫گرفتن‬ ‫نظر‬ ‫در‬ ‫ثابت‬ ‫با‬ ‫از‬ ‫یکی‬ ‫اگر‬ ‫سیستم‬‫آینه‬‫ها‬‫ثاب‬ ‫را‬‫دیگری‬ ‫و‬ ‫ت‬ ‫کنیم‬ ‫متصل‬ ‫وزنه‬ ‫به‬ ‫را‬‫شتاب‬ ‫اعمال‬ ‫با‬‫و‬ ‫فاصله‬ ‫فنر‬ ‫و‬ ‫جرم‬ ‫مجموعه‬ ‫حرکت‬‫آینه‬‫ها‬ ‫خواهد‬ ‫تغییر‬ ‫موج‬ ‫طول‬ ‫نتیجه‬ ‫در‬ ‫کرده‬ ‫تغییر‬ .‫کرد‬
  • 14. ‫اولیه‬ ‫موج‬ ‫طول‬ ‫به‬ ‫وابسته‬ ‫موج‬ ‫طول‬ ‫تغییر‬ ‫فوق‬ ‫شکل‬ ‫در‬،‫نور‬ ‫ورود‬ ‫زاویه‬،‫فاصله‬‫دو‬ ‫آینه‬‫تعداد‬ ‫و‬‫انعکاس‬‫داخل‬ ‫در‬ ‫نور‬‫آینه‬‫ها‬‫بود‬ ‫خواهد‬.‫فاصله‬ ‫اگر‬ ‫حال‬‫آینه‬‫ها‬‫را‬‫با‬ ‫متناسب‬ ‫باشد‬ ‫وزنه‬ ‫جابجایی‬‫متنا‬ ‫نور‬ ‫موج‬ ‫طول‬ ‫تغییر‬‫سیستم‬ ‫به‬ ‫وارده‬ ‫شتاب‬ ‫با‬ ‫بود‬ ‫خواهد‬ ‫سب‬. ‫مبنای‬ ‫بر‬ ‫سنج‬ ‫شتاب‬ ‫سیستم‬ ‫یک‬ ‫فوق‬ ‫شکل‬ ‫در‬‫خاصیت‬‫تداخل‬‫سنج‬‫فابری‬-‫پرو‬ ‫شتاب‬ ‫عمل‬ ‫در‬ ‫است‬ ‫شده‬ ‫داده‬ ‫نمایش‬ ‫است‬ ‫شده‬ ‫ساخته‬‫سنج‬‫های‬‫این‬ ‫اساس‬ ‫بر‬ ‫صنعتی‬ ‫ساخته‬ ‫روش‬‫نمی‬‫شود‬‫بیشتر‬ ‫و‬. ‫دارد‬ ‫آزمایشگاهی‬ ‫جنبه‬
  • 15. 2-3( ‫حرارتی‬ ‫سنج‬ ‫شتاب‬ :AccelerometersThermal:) ‫نوع‬‫خ‬‫سنج‬ ‫شتاب‬ ‫از‬ ‫اصی‬‫می‬‫باشد‬‫داشته‬ ‫متفاوت‬ ‫ساختاری‬ ‫که‬‫و‬‫مشخصات‬. ‫دارد‬ ‫خاصی‬ ‫قوانین‬ ‫اساس‬ ‫بر‬ ‫و‬ ‫نداشته‬ ‫متحرکی‬ ‫قطعه‬ ‫هیچ‬ ‫سنسور‬ ‫نوع‬ ‫این‬‫ترمودینامیک‬‫ک‬‫ار‬‫می‬‫کند‬‫در‬ ‫برابر‬ ‫در‬ ‫نتیجه‬‫تشعشعات‬ ‫و‬ ‫مکانیکی‬ ‫ضربات‬‫الکترومغناطیسی‬‫ولی‬ ‫است‬ ‫مقاوم‬ ‫بسیار‬ . ‫دارد‬ ‫کمی‬ ‫دقت‬ ‫و‬ ‫محدود‬ ‫بسیار‬ ‫باند‬ ‫پهنای‬ ‫کن‬ ‫گرم‬ ‫یک‬ ‫شامل‬ ‫سنسور‬ ‫نوع‬ ‫این‬‫چند‬ ،‫سنسور‬‫و‬‫یک‬‫هوا‬ ‫کوچک‬ ‫محفظه‬‫می‬‫باشد‬. ‫وارد‬ ‫شتابی‬ ‫سنسور‬ ‫به‬ ‫که‬ ‫زمانی‬‫نمی‬‫شود‬‫حرارت‬ ‫اثر‬ ‫در‬ ‫ندارد‬ ‫حرکتی‬ ‫و‬‫منتشر‬‫شده‬‫از‬ ‫هوای‬ ‫المنت‬‫داخل‬‫محفظه‬‫به‬‫صورت‬‫گرم‬ ‫نواخت‬ ‫یک‬‫می‬‫شود‬‫میزان‬ ‫البته‬‫گرما‬‫کم‬ ‫بسیار‬ ‫می‬‫باشد‬‫سیستم‬ ‫تا‬‫اشباع‬‫باشیم‬ ‫داشته‬ ‫سیستم‬ ‫در‬ ‫حرارتی‬ ‫گرادیان‬ ‫یک‬ ‫همیشه‬ ‫و‬ ‫نشود‬. ‫را‬ ‫یکسانی‬ ‫دمای‬ ‫عادی‬ ‫شرایط‬ ‫در‬ ‫که‬ ‫دارد‬ ‫وجود‬ ‫دما‬ ‫سنسور‬ ‫چندین‬ ‫کن‬ ‫گرم‬ ‫اطراف‬ ‫در‬ ‫ا‬‫گیری‬ ‫ندازه‬‫می‬‫کنند‬. ‫وارد‬ ‫آن‬ ‫به‬ ‫کمی‬ ‫بسیار‬ ‫نیروی‬ ‫هوا‬ ‫کم‬ ‫جرم‬ ‫به‬ ‫توجه‬ ‫با‬ ‫شود‬ ‫وارد‬ ‫شتاب‬ ‫سیستم‬ ‫به‬ ‫اگر‬ ‫حال‬ ‫شده‬‫واال‬‫سایر‬ ‫ولی‬ ‫داشت‬ ‫نخواهد‬ ‫جابجایی‬‫قسمت‬‫های‬‫شتاب‬ ‫اعمال‬ ‫جهت‬ ‫خالف‬ ‫در‬ ‫سنسور‬ ‫ح‬ ‫این‬ ‫در‬ ‫کرد‬ ‫خواهد‬ ‫حرکت‬‫گرما‬ ‫لختی‬ ‫به‬ ‫توجه‬ ‫با‬ ‫الت‬، ‫هوا‬ ‫یی‬‫هوای‬‫طرف‬ ‫یک‬ ‫در‬ ‫گرم‬ ‫جمع‬‫می‬‫شود‬‫توزیع‬ ‫و‬‫نرمال‬‫بهم‬ ‫حباب‬ ‫داخل‬ ‫در‬ ‫دما‬‫می‬‫خورد‬‫و‬‫در‬‫دما‬ ‫های‬ ‫سنسور‬ ‫نتیجه‬ ‫دمای‬‫مختلفی‬‫ثبت‬ ‫را‬‫می‬‫کنند‬‫خواهد‬ ‫سیستم‬ ‫به‬ ‫وارده‬ ‫شتاب‬ ‫با‬ ‫متناسب‬ ‫دما‬ ‫اختالف‬ ‫این‬ ‫که‬ ‫بود‬.
  • 16. ‫دما‬ ‫توزیع‬‫شتاب‬ ‫شدن‬ ‫وارد‬ ‫از‬ ‫پس‬‫جدول‬‫مشخصات‬‫یک‬‫شتاب‬‫سنج‬‫حرارتی‬ ‫روش‬‫های‬‫نیز‬ ‫دیگری‬ ‫مختلف‬‫و‬‫جو‬‫دارد‬‫و‬ ‫داشته‬ ‫تحقیقاتی‬ ‫جنبه‬ ‫بیشتر‬ ‫که‬‫اکثرا‬‫از‬ ‫ترکیبی‬ ‫روش‬‫های‬‫فوق‬‫الذکر‬‫می‬‫باشند‬‫برای‬ ‫پایان‬ ‫در‬ .‫بندی‬ ‫جمع‬‫روش‬‫های‬‫فوق‬‫جدول‬‫زیر‬‫مطرح‬ ‫می‬‫شود‬.