Title of article :
Design of High Sensitivity and Linearity Microelectromechanical Systems Capacitive Tire Pressure Sensor using Stepped Membrane
Author/Authors :
Norouznejad Jelodar, M Department of Electrical and Computer Engineering - Babol University of Technology , Ganji, B. A Department of Electrical and Computer Engineering - Babol University of Technology
Abstract :
This paper is focused on a novel design of stepped diaphragm for MEMS capacitive pressure sensor used in tire pressure monitoring system. The structure of sensor diaphragm plays a key role for determining the sensitivity of the sensor and the non-linearity of the output. First, the structures of two capacitive pressure sensors with clamped square flat diaphragms, with different thicknesses are investigated and their sensitivity and non-linearity are compared together. Finally, for increasing the
sensitivity and linearity, a new capacitive pressure sensor with a stepped diaphragm is introduced. A numerical solution for determination of the accurate sensitivity of the sensor is presented. The results show that the sensitivity of the sensor is increased from 0.063 fF/KPa in flat diaphragm to 0.107 fF/KPa in stepped diaphragm and also the non-linearity is decreased from 2.37 to 1.857%. In this design, the sensor sensitivity and output linearity are increased simultaneously.
Farsi abstract :
اين مقاله بر روي طراحي يك حسگر فشار خازني ميكرو الكترومكانيكي جديد با ديافراگم پلهاي مربعي مورد استفاده در سيستم كنترل فشار تاير متمركز شده است. ساختار ديافراگم حسگر نقش كليدي در تعيين ميزان حساسيت حسگر و غير خطي بودن خروجي آن ايفا ميكند. لذا در ابتدا ساختار دو حسگر فشار خازني با ديافراگم مربعي ساده چهار طرف ثابت، با ضخامتهاي متفاوت شبيهسازي شده و ميزان حساسيت و غير خطي بودن آنها با هم مقايسه گرديده و در نهايت براي افزايش حساسيت و خطيبودن، به معرفي حسگر فشار خازني با ديافراگم پلهاي مربعي پرداخته و يك حل عددي براي تعيين دقيق ميزان حساسيت حسگر ارائه گرديده است. نتايج نشان مي دهد كه حساسيت حسگر از مقدار fF/KPa0/063 در ديافراگم ساده به مقدار fF/KPa 0/107 در ديافراگم پلهاي افزايش و ميزان غير خطي بودن نيز از 37/2 درصد در ديافراگم ساده به مقدار 1/857 درصد در ديافراگم پلهاي كاهش يافته است. بنابراين در اين طرح ميزان حساسيت و غير خطي بودن حسگر فشار تاير همزمان بهبود يافته است
Keywords :
Capacitive Pressure Sensor , Sensitivity , Tire Pressure Monitoring System , Linearity
Journal title :
Astroparticle Physics