بررسی تاثیر نویز آکوستیکی پرتوان فرکانس‌بالا بر عملکرد ژیروسکوپ‌ ارتعاشی MEMS

نوع مقاله : مقاله علمی پژوهشی

نویسندگان

1 استادیار، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه امام حسین (ع)، تهران

2 استادیار، گروه مهندسی مکانیک، دانشکده فنی و مهندسی، واحد رشت، دانشگاه آزاد اسلامی، رشت، ایران

چکیده

در مقاله حاضر، تاثیر نویزهای آکوستیکی پرتوان فرکانس‌بالا بر پاسخ دینامیکی و صحت سیگنال حسگری ژیروسکوپ‌های ارتعاشی MEMS مورد بررسی قرار گرفته است. در ابتدا، با در نظر گرفتن چارچوب محافظ معادلات دیفرانسیل دینامیک سیستم با چهار درجه آزادی استخراج شده و به صورت معادلات حالت بازنویسی شده‌اند. در این معادلات، اندرکنش امواج نویز آکوستیکی به شکل نیروی مکانیکی وارد‌شده به چارچوب محافظ ژیروسکوپ در نظر گرفته شده است. در ادامه، یک مدل سیمولینک از دینامیک ژیروسکوپ ارتعاشی MEMS پیاده‌سازی شده و سپس، اثر نویزهای پرتوان فرکانس ‌بالای آکوستیکی هارمونیک و تصادفی بر عملکرد ژیروسکوپ مورد مطالعه قرار گرفته است. همچنین، تاثیر تغییرات پارامترهای مختلفی مانند فرکانس نویز هارمونیک، سطح فشار صوتی و ضریب کیفیت ژیروسکوپ بررسی شده‌اند.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1] Patel, C., and McCluskey, P., “Performance of MEMS Vibratory Gyroscopes in Harsh Environments”, 8th International Conference and Exhibition on Device Packaging, Chicago, USA, pp. 633-654, (2012).
[2] Yoon, S.W., Lee, S.W., and Najafi, Kh., “Vibration-induced Errors in MEMS Tuning Fork Gyroscopes”, Sensors Actuators A: Physical, Vol. 180, pp. 32-44, (2012).
[3] Yoon, S.W., Lee S.W., Perkins N.C., and Najafi, K., “Vibration Sensitivity of MEMS Tuning Fork Gyroscopes”, Proceedings of IEEE Sensors, Atlanta, USA, pp. 115-119, (2007).
[4] Hyvönen, H., “Thermomechanical and Mechanical Characterization of a 3-Axial MEMS Gyroscope”, Aalto University, Helsinky, Finland, (2011).
[5] Patel, C., and McCluskey, P., “Performance Degradation of the MEMS Vibratory Gyroscope in Harsh Environments”, ASME 2011 International Mechanical Engineering Congress and Exposition, Colorado, USA, pp. 511-515, (2011).
[6] Choa, S. H., “Reliability of Vacuum Packaged MEMS Gyroscopes”, in Microelectronics Reliability, Vol. 45, pp. 361-369, (2005).
[7] Weinberg, M.S., and Kourepenis, A., “Error Sources in In-plane Silicon Tuning-fork MEMS Gyroscopes”, Journal of Microelectromechanical System, Vol. 15, pp. 479-491, (2006).
[8] Dean R., Flowers G., Hodel S., MacAllister K. and Horvath R., “Vibration Isolation of MEMS Sensors for Aerospace Applications”, Proceedings of the SPIE Proceedings Series; SPIE: Bellingham, WA, USA, pp. 166-170, (2002).
[9] Dean, R., Flowers, G., Sanders, N., MacAllister, K., Horvath, R., Hodel, A. S., Johnson, W., Kranz, M., and Whitley, M., “Damping Control of Micromachined Lowpass Mechanical Vibration Isolation Filters using Electrostatic Actuation with Electronic Signal Processing”, Proceedings of the SPIE International Symposia on Smart Structures and Materials, SPIE, San Diego, USA, pp. 11-22, (2005).
[10] Dean, R.N., Flowers, G.T., Hodel, A.S., Roth, G., Castro, S., Zhou, R., Moreira, A., Ahmed, A., Rifki, R., and Grantham, B. E., “On the Degradation of MEMS Gyroscope Performance in the Presence of High Power Acoustic Noise”, IEEE International Symposium on Industrial Electronics, Vigo, Spain, pp. 1435-1440, (2007).
[11] Castro, S., Dean, R., Roth, G., Flowers, G. T., and Grantham, B., “Influence of Acoustic Noise on the Dynamic Performance of MEMS Gyroscopes”, Mechanical Systems and Control, Vol. 9, pp. 1825-1831, (2007).
[12] Soobramaney, P., Flowers, G., and Dean, R., “Mitigation of the Effects of High Levels of  High-frequency Noise on MEMS Gyroscopes using Microfibrous Cloth”, Proceedings of the ASME Design Engineering Technical Conference, Boston, USA, pp. 2-5, (2015).
[13] Rao, S.S., "Mechanical Vibrations", 5th Edition, Pearson-Prentice Hall, Upper Saddle River, (2011).
[14] Müller, G., and Möser, M., "Handbook of Engineering Acoustics", Springer, Berlin/ Heidelberg, Germany, (2013).