شتاب سنج MEMS (انگلیسی : MEMS Accelerometer)، در فیزیک (Physics)
انواع حسگرها (Sensor) را در آموزش زیر شرح دادیم :
شتاب سنج MEMS (انگلیسی : MEMS Accelerometer) :
شتاب سنج MEMS (Micro-Electro-Mechanical Systems) نوعی شتاب سنج است که با استفاده از فناوری ریزساخت (مشابه ساخت مدارهای مجتمع) ساخته می شود. این شتاب سنج ها ابعاد بسیار کوچکی دارند (چند میلی متر مربع) و می توانند همراه با مدارهای الکترونیکی (تقویت کننده، مبدل آنالوگ به دیجیتال، فیلتر) روی یک تراشه (die) مجتمع شوند. رایج ترین نوع، شتاب سنج خازنی MEMS است.
ساختار یک شتاب سنج MEMS خازنی معمولا شامل موارد زیر است: یک زیرلایه سیلیکونی، یک جرم اثبات (proof mass) که توسط تیرک های نازک (springs) به قاب متصل است، و الکترودهای ثابت. جرم اثبات و الکترودهای ثابت، دو یا چند خازن دیفرانسیل را تشکیل می دهند. وقتی شتاب به سنسور وارد می شود، جرم اثبات نسبت به قاب جابجا شده و فاصله آن با الکترودهای ثابت تغییر می کند. این تغییر فاصله باعث تغییر ظرفیت خازنی می شود. مدار مجتمع روی تراشه، این تغییر ظرفیت را تشخیص داده و آن را به یک ولتاژ آنالوگ یا یک مقدار دیجیتال (مثلا از طریق رابط I²C یا SPI) تبدیل می کند.
فرآیند ساخت شامل مراحل فوتولیتوگرافی، اچینگ (حکاکی) عمیق (DRIE)، و لایه نشانی برای ایجاد ساختارهای مکانیکی است. یکی از چالش ها، رهاسازی (release) ساختارهای متحرک و جلوگیری از چسبیدن آنها به زیرلایه (stiction) است. معمولا برای کاهش میرایی هوا، سنسور در بسته بندی با فشار کم (vacuum or low-pressure) محصور می شود، اگرچه شتاب سنج های MEMS معمولی در فشار اتمسفر هم کار می کنند (میرایی نزدیک به بحرانی برای پهنای باند مناسب).
شتاب سنج های MEMS می توانند یک محوره، دو محوره یا سه محوره (اندازه گیری شتاب در راستای سه محور X, Y, Z) باشند. در نوع سه محوره، معمولا یک جرم اثبات برای محور Z متفاوت طراحی می شود.
\[ \Delta C = C_1 - C_2 \propto a \]مزایا: اندازه بسیار کوچک، قیمت پایین در تولید انبوه، مصرف انرژی بسیار کم (چند میکروآمپر)، قابلیت مجتمع سازی با الکترونیک، و استحکام خوب. معایب: دقت و پایداری کمتر نسبت به شتاب سنج های بزرگ تر (مثل سروو)، نویز نسبتا بالاتر، و محدوده فرکانسی محدود (معمولا تا چند کیلوهرتز).
کاربردها: تلفن های هوشمند (چرخش صفحه، گام شمار)، خودروها (کیسه هوا، کنترل پایداری الکترونیکی)، گجت های پوشیدنی (ردیاب فعالیت)، رباتیک (کنترل تعادل)، پهپادها (تثبیت پرواز)، صنعت (پایش وضعیت ماشین آلات ساده). شتاب سنج های MEMS یکی از موفق ترین و پرتیراژترین محصولات فناوری MEMS هستند.
