Some On the use of low-cost MEMS-based accelerometers

Since more than two decades capacitive sensors based on Micro-Electro-Mechanical Systems (MEMS) have revolutionized industry and equipment based on their low cost and small size. Accelerometers have been included in all kinds of devices improving automation and process control. Their technical speci...

Descripción completa

Detalles Bibliográficos
Autores principales: Stuardi, José Enrique, Chiappero, Guillermo, Giudici, Alejandro
Formato: Artículo revista
Lenguaje:Español
Publicado: Facultad de Ciencias Exactas, Físicas y Naturales 2022
Materias:
accelerometers
MEMS
vibrations
testing
monitoring
acelerómetros
SMEM
vibraciones
testeo
monitoreo
acelerômetros
vibrações
testes
monitoramento
Acceso en línea:https://revistas.unc.edu.ar/index.php/FCEFyN/article/view/34840
Aporte de:
Revista de la Facultad de Ciencias Exactas, Físicas y Naturales de Universidad Nacional de Córdoba
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description Since more than two decades capacitive sensors based on Micro-Electro-Mechanical Systems (MEMS) have revolutionized industry and equipment based on their low cost and small size. Accelerometers have been included in all kinds of devices improving automation and process control. Their technical specifications make them useful for applications with frequencies up to a few hundred Hz, such as IMUs, robotics, monitoring, automotive dynamics, cell phones, human interface, sports and medical devices. In this case, sensor performance and reliability are properly ensured in the framework of a fixed installation with preset parameters. On the other hand, some well-known manufacturers provide general-purpose accelerometers based on this technology at competitive prices and covering a specific application range. Given the enthusiasm for modern and low-cost technology, the use of analog and mainly digital MEMS increases continuously, due to their comparative advantages. In the present work, the possibility of designing general-purpose accelerometers, including vibration monitoring and testing, using commercial MEMS chips is analyzed. The constructive requirements that allow to fully exploit the electrical characteristics of the sensor, by means of a suitable mechanical and electrical operating environment, are studied. Starting from an accelerometer chip as an example, a sensor is built, which is then tested and calibrated at low frequency. The sensor proves to be reliable for general use, within the actual measured technical specifications.
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In this case, sensor performance and reliability are properly ensured in the framework of a fixed installation with preset parameters. On the other hand, some well-known manufacturers provide general-purpose accelerometers based on this technology at competitive prices and covering a specific application range. Given the enthusiasm for modern and low-cost technology, the use of analog and mainly digital MEMS increases continuously, due to their comparative advantages. In the present work, the possibility of designing general-purpose accelerometers, including vibration monitoring and testing, using commercial MEMS chips is analyzed. The constructive requirements that allow to fully exploit the electrical characteristics of the sensor, by means of a suitable mechanical and electrical operating environment, are studied. Starting from an accelerometer chip as an example, a sensor is built, which is then tested and calibrated at low frequency. The sensor proves to be reliable for general use, within the actual measured technical specifications. Desde hace más de dos décadas los sensores capacitivos basados en tecnología de Sistemas Micro-Electromecánicos (SMEM) han revolucionado la industria y los equipamientos basados en su bajo costo y tamaño reducido. Los acelerómetros se han incluido en todo tipo de dispositivos mejorando la automatización y el control de procesos. Sus especificaciones técnicas los hacen útiles para aplicaciones de frecuencias de hasta algunos cientos de Hz, como IMUs, robótica, monitoreo, dinámica automotriz, celulares y otros dispositivos asociados al uso humano. En este caso, las prestaciones de los sensores y la confiabilidad son debidamente aseguradas en el marco de una instalación fija con parámetros establecidos de antemano. Por otro lado, algunos fabricantes reconocidos proveen acelerómetros de uso general basados en esta tecnología a precios competitivos y cubriendo un rango de aplicación específico. Frente al entusiasmo que despierta el disponer de tecnología moderna y de precio reducido existe la tendencia al uso de chips SMEM de salida analógica y especialmente digital, debido a sus ventajas comparativas. En el presente trabajo se analiza la posibilidad de definir acelerómetros para uso general, incluyendo monitoreo y testeo de vibraciones utilizando chips comerciales de SMEM. Se analizan los requerimientos constructivos que permiten explotar a pleno las características eléctricas del sensor, mediante un adecuado entorno de funcionamiento mecánico y eléctrico. Partiendo de un chip de acelerómetro como ejemplo, se construye un sensor, que luego de testeado y calibrado en baja frecuencia, se muestra confiable para un uso general dentro de las especificaciones técnicas reales medidas. Há mais de duas décadas os sensores capacitivos baseados na tecnologia Micro-Electro-Mechanical Systems (MEMS) têm revolucionado a indústria e os equipamentos com base em seu baixo custo e pequeno tamanho. Os acelerômetros foram incluídos em todos os tipos de dispositivos que melhoram a automação e o controle de processos. Suas especificações técnicas os tornam úteis para aplicações com frequências de até algumas centenas de Hz, como IMUs, robótica, monitoramento, dinâmica automotiva, telefones celulares e outros dispositivos associados ao uso humano. Neste caso, o desempenho e a confiabilidade dos sensores são devidamente assegurados no âmbito de uma instalação fixa com parâmetros pré-definidos. Por outro lado, alguns fabricantes conhecidos fornecem acelerômetros de uso geral baseados nesta tecnologia a preços competitivos e cobrindo uma faixa de aplicação específica. Diante do entusiasmo pela tecnologia moderna e de baixo custo, há uma tendência para o uso de chips SMEM com saída analógica e especialmente digital, devido às suas vantagens comparativas. No presente trabalho, é analisada a possibilidade de definir acelerômetros para uso geral, incluindo monitoramento e testes de vibração, utilizando chips comerciais SMEM. Os requisitos construtivos para explorar plenamente as características elétricas do sensor são analisados, por meio de um ambiente operacional mecânico e elétrico adequado. A partir de um chip acelerômetro como exemplo, um sensor é construído, que após testes e calibração em baixa freqüência, mostra-se confiável para uso geral dentro das especificações técnicas efetivamente medidas. Facultad de Ciencias Exactas, Físicas y Naturales 2022-05-06 info:eu-repo/semantics/article info:eu-repo/semantics/publishedVersion application/pdf https://revistas.unc.edu.ar/index.php/FCEFyN/article/view/34840 Revista de la Facultad de Ciencias Exactas, Físicas y Naturales; Vol. 9 Núm. 1 (2022); 39-47 2362-2539 0373-9686 spa https://revistas.unc.edu.ar/index.php/FCEFyN/article/view/34840/37639 Derechos de autor 2022 Facultad de Ciencias Exactas, Físicas y Naturales (Universidad Nacional de Córdoba) https://creativecommons.org/licenses/by/4.0

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