Acelerometro Interfaz MatLab

8/20/2019 Acelerometro Interfaz MatLab

1/8

Instituto Politécnico Nacional

Unidad Profesional Interdisciplinaria en Ingenieríay Tecnologías Avanzadas

Tópicos avanzados de sensores

Practica 2: Medición de capacitancia en unaceleróetro!

Profesora: A"arca #iénez $riselda %tep&any

Integrantes:'(lanco )orona *duardo'*via Ur"an *ric+ Alfredo'$alindo ,uentes Ale-andro

$rupo: .MM/


2/8

Introducción

En la práctica 1 se diseñó y construyó un acelerómetro de tal manera que se tuviera un desplazamiento

de 1um al aplicar una fuerza de 4G. En esta segunda práctica nos basaremos en el principio de

capacitancia para interpretar esos datos de desplazamiento en una unidad de medición más cómoda.

Un capacitor se encarga de almacenar energa! la cantidad de energa que puede almacenar viene dada

por la capacitancia! la cual está definida como la razón de la cantidad de carga " al potencial #

producido.

$ara esta práctica se usaran capacitores de placas paralelas. En estos capacitores la capacitancia está

dada por% C =εA

d =

k ε0 A

d en donde &'permitividad relativa del material diel(ctrico que separa las

placas y ε0 'permitividad del vaco y equivale a 8.854 x10−12 F

m . En nuestro caso & será igual a 1

ya que nuestro material diel(ctrico es el aire quedando la fórmula de la siguiente manera%

C =ε0 A

d

$ara usar el sensado capacitivo el desplazamiento en el acelerómetro se detecta por el cambio de

capacitancia entre la masa del sensor y los electrodos fi)os. *e aumentaran +dedos, a la estructura

original del acelerómetro para que funcionen como una de las placas paralelas! la parte del electrodo fi)o

no se construirá en el soft-are pero si se toma en cuenta para la simulación.

$ara los cálculos de las medidas de los capacitores se toma el siguiente esquema como modelo%


3/8

Desarrollo

0atos de la deforación de )1M%1 Multip&ysics

u=1.05 μm

v=0.00 μm

w=0.08 μm

%e propone C 1T =10C 2T

n (C 11+C 21 )=10n (C 12+C 22 )

10=(C 11+C 21)(C 12+C 22)

10=

ε0εr (t +w ) (l−v )

d1−u +

ε0ε r (t +w ) (l−v )

d2+u

ε0εr (t +w ) (l−v )

d1+ε0ε r (t +w ) (l−v )

d2

10= d

1d2

(d1−u)(d

2+u)


4/8

0atos propuestos

wd=0.6 μm

t =1.75

μmn=29 μm

d2=7 μm

10= d1(7)

(d1−1.0578)(7+1.0578)

10= 7d

1

8.0578(d1−1.0578)

80.578d1−85.235=7d

1

d1=85.235

73.578d1=1.15 μm

C 1=ε0εr ( t +w ) ( l−v )

d1−u

C 2=ε0εr ( t +w ) ( l−v )

d2+u

*n u=1.05

C 1=8.82×10

−12 (1.75+0.0833 ) ( le)1.15−1.05

=(1.4750×10−10) le


5/8

C 2=8.82×10

−12 (1.75+0.0833 ) ( le)7+1.05

=(1.88323×10−12) le

C T =n (C 1+C 2) l

e

C T =(1.4933×10−10 ) le

(uscando una C T =1×10−13

F

le=

Ct

(1.4933×10−10)=

1×10−13

(1.4933×10−10 )=23.09×10−6

le=23.09 μm

Resultados

$ara obtener la gráfica del funcionamiento del sensor se seleccionaron puntos para medir la

capacitancia! los puntos seleccionados fueron los siguientes%


6/8

C 1T C 2T

/a grafica obtenida 0aciendo un barrido de 4G a 4G fue la siguiente%

/a lnea azul representa la capacitancia C 1T y la verde representa C 2T . El valor de la capacitancia

cuando el sensor está en reposo es 10 x10−15

F mientras que en los e2tremos cuando se tiene la


7/8

fuerza de 4G se tienen 108 x10−15

F . El e)ercicio pide una diferencia de 1 orden de magnitud! en

nuestro diseño el error con respecto al valor deseado es de 3.33.

Conclusiones

Blanco Corona Eduardo

En esta práctica pude ver la forma en que se puede interpretar el desplazamiento en el acelerómetro

mediante una variable el(ctrica! esto simplifica la manera en que se obtienen los datos del sensor. Un

punto importante son las distancias que se tienen entre las placas en estado de reposo! si el dedo

estuviera en medio no 0abra forma de saber 0acia qu( lado se produce el movimiento! es por ello que se

tienen que proponer distancias d1 y d2 distintas! basándose en el valor de capacitancia que se quiere

obtener al aplicar distintas fuerzas.

Evia Urban Erick Alfredo

En la práctica pude darme cuenta de cómo es el principio de funcionamiento de los acelerómetros dentro

de los sensores digitales. El aspecto importante a considerar fue la deformación real que se presenta

sobre el e)e 5 y la defle2ión e2istente en el e)e 6! ya que esta influye directamente en el área que de las

caras planas de los capacitores.

Una parte importante fue la consideración de la diferencia de capacitancia que tiene que e2istir entre el

reposo y el desplazamiento má2imo en cualquiera de las dos direcciones del acelerómetro! esto para

logar me)ores mediciones. Eso se pudo lograr 0aciendo que la distancia entre las placas del capacitor

fuera muy pequeña. $ara todo el proceso de diseño resulto muy 7til la 0erramienta de soft-are

89:*9/ :ultip0ysics! ya que con ella se puede 0acer fácilmente un análisis considerando los

diferentes elementos.

Galindo Fuentes David Alejandro

;l final de la práctica concluyo que el parámetro más importante del diseño de capacitancia consiste en

las distancias propuestas entre los electrodos del capacitor pues si no e2istiera una diferencia de

distancias no 0abra forma de conocer el sentido de la aceleración.


8/8

distancias de los dedos del sensor y se calculara el área que deben tener para lograr la capacitancia de

reposo y la má2ima deseada.

Acelerometro Interfaz MatLab

Documents

Transcript of Acelerometro Interfaz MatLab