Novel Capacitive Accelerometers with Beams based on Modified Compliant Crank-Slider Amplifiers

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Programación Matemática y Software
Universidad Autónoma del Estado de Morelos
Dr.Marco Antonio Cruz Chávez
2007-3283
Volumen 11, Número 2/Junio de 2019
Periodo Junio-Septiembre 2019
Artículo de Investigación
45-56
Computación
Junio del 2019
Cuatrimestral

Pedro Vargas-Chable1, Margarita Tecpoyotl-Torres1, Ramon Cabello-Ruiz2, Alfonso Aldair Colin-Antunez2, Rafael Vargas-Bernal3

1Instituto de Investigación en Ciencias Básicas y Aplicadas-Centro de Investigación en Ingeniería y Ciencias Aplicadas, (IICBA-CIICAp) de la Universidad Autónoma del Estado de Morelos (UAEM), 62209, Av. Universidad No. 1001, Col. Chamilpa, Cuernavaca, Mor., México.
2Universidad Tecnológica Emiliano Zapata del Estado de Morelos (UTEZ), Av. Universidad Tecnológica No. 1. Col. Palo Escrito. C.P. 62760. Emiliano Zapata, Morelos.
3Instituto Tecnológico Superior de Irapuato (ITESI). Carretera Irapuato - Silao km 12.5, Colonia El Copal. Irapuato, Guanajuato, México

Recibido: 25 de octubre de 2018   Aceptado:15 de noviembre de 2018  Publicado en línea:28 junio de 2019

Abstract. Accelerometers measure the accelerations or vibrations experienced by objects due to inertial forces or mechanical excitations. The Microelectromechanical (MEM) Accelerometers have various applications, among others, in the industries, aeronautics, automotive, oil, construction, manufacturing of computer equipment and consumer electronics. These devices employ different techniques for their operation. The interest in this work focuses on capacitive accelerometers, seeking to improve their displacement sensitivity. In order to improve this parameter, it has generally been used: proof mass reduction, modification of the suspension beams, or, alternatively, by adding displacement amplifiers. In this work, after analyzing several configurations, two designs of beams based on Modified Compliant Crank-Slider Amplifiers are proposed. The improvement in displacement sensitivity, compared with that obtained with uniform beams, is in one case of 72.435% and in the other, of 125%. Simulations were performed with ANSYS.

Keywords: MEMS, acceleration, ANSYS, performance parameters, simulation.

Resumen. Los acelerómetros miden las aceleraciones o vibraciones, que experimentan los objetos debido a fuerzas inerciales o excitaciones mecánicas. Los acelerómetros Microelectromecánicos (MEM) tienen diversas aplicaciones en las industrias, aeronáutica, automotriz, petrolera,  construcción, manufacturera de equipos de cómputo y electrónica de consumo, entre otras. Estos dispositivos emplean diferentes técnicas para su funcionamiento. El interés en este trabajo, se enfoca en los acelerómetros capacitivos, buscando mejorar su sensibilidad de desplazamiento. Para mejorar este parámetro se ha recurrido generalmente, a la reducción de masa, a la modificación de los brazos de suspensión, o bien, agregando amplificadores de desplazamiento. En este trabajo, después de analizar varias configuraciones, se proponen dos diseños de brazos modificados basados en amplificadores flexibles de manivela deslizante modificados. La mejora en la sensibilidad de desplazamiento, comparada con la obtenida con brazos uniformes, es en uno de los casos, de 72.435% y en el otro de 125%. Los resultados fueron obtenidos usando ANSYS.

Palabras Clave: MEMS, aceleración, ANSYS, parámetros de operación, simulación.