Abstract




 
   

IJE TRANSACTIONS B: Applications Vol. 26, No. 11 (November 2013) 1331-1336   

downloaded Downloaded: 228   viewed Viewed: 1910

  MODELING OF CAPACITANCE AND SENSITIVITY OF A MEMS PRESSURE SENSOR
 
B. A. Ganji and M. Shams Nateri
 
( Received: December 06, 2012 – Accepted: February 28, 2013 )
 
 

Abstract    In this paper modeling of capacitance and sensitivity for MEMS capacitive pressure sensor is presented. In capacitive sensor the sensitivity is proportional to deflection and capacitance changes versus pressure. Therefore first the diaphragm displacement, capacitance and sensitivity of sensor with square diaphragm have been modeled and then simulated using finite element method (FEM). It can be seen that the analytical results are very agreement with simulation. The results also show that the high sensitivity can be achieaved by decreasing the diaphragm thickness and increasing the diaphragm size.

 

Keywords    MEMS, modeling, displacement, capacitance, sensitivity

 

چکیده    در این مقاله برای اولین بار مدلسازی خازن و حساسیت حسگرهای خازنی با دیافراگم مربعی چهار طرف ثابت ارائه شده است. حسگر خازنی دارای دو الکترود موازی می باشد که معمولایک الکترود قابلیت جابجایی بر اثر اعمال فشار را دارد. تغییرات خازنی که پارامتر اصلی در عملکرد این گونه حسگرها می باشد بر اساس جابجایی همین الکترود ایجاد می گردد. در حسگرهای خازنی حساسیت متناسب است با تغییرات خازن بر حسب فشار, بنا بر این ابتدا جا بجائی دیافراگم , ظرفیت خازن و حساسیت حسگر مدلسازی شده اند و سپس با استفاده از روش اجزاء محدود شبیه سازی شده اندکه نتایج بسیار به هم نزدیک می باشند. نتایج همچنین نشان می دهند که با کاهش ضخامت دیافراگم و افزایش اندازه آن حساسیت حسگرافزایش می یابد.

References   

 

1.     Pedersen, T., Fragiacomo, G., Hansen, O. and Thomsen, E. V., "Highly sensitive micromachined capacitive pressure sensor with reduced hysteresis and low parasitic capacitance", Sensors and Actuators A: Physical,  Vol. 154, No. 1, (2009), 35-41.

2.     Zhou, M.-X., Huang, Q.-A., Qin, M. and Zhou, W., "A novel capacitive pressure sensor based on sandwich structures", Journal of Microelectromechanical Systems, Vol. 14, No. 6, (2005), 1272-1282.

3.     Zhang, Y., Howver, R., Gogoi, B. and Yazdi, N., "A high-sensitive ultra-thin mems capacitive pressure sensor", in Solid-State Sensors, Actuators and Microsystems Conference (TRANSDUCERS), 16th International, IEEE. (2011), 112-115.

4.     Rahman, M. M. and Chowdhury, S., "Square diaphragm cmut capacitance calculation using a new deflection shape function", Journal of Sensors,  Vol. 2011, (2011).

5.     Ganji, B. A. and Majlis, B. Y., "Fabrication and characterization of a new mems capacitive microphone using perforated diaphragm", International journal of Engineering,  Vol. 22, No. 2, (2009), 153-160.

6.     Ganji, B. A. and Nateri, M., "Fabrication of a novel mems capacitive microphone using lateral slotted diaphragm", International Journal of Engineering-Transactions B: Applications,  Vol. 23, No. 3&4, (2010), 191.

7.     Ganji, B. A. and Nateri, M. S., "A high sensitive mems capacitive fingerprint sensor using slotted membrane", Microsystem Technologies,  Vol. 19, No. 1, (2013), 121-129.

8.     Ganji, B. A. and Majlis, B. Y., "Analytical analysis of flat and corrugated membranes for mems capacitive sensors", International Journal of Nonlinear Dynamics Engineering Science,  Vol. 1, No. 1, (2008), 47-57.

9.             Timoshenko, S., Woinowsky-Krieger, S. and Woinowsky, S., "Theory of plates and shells", McGraw-hill New York,  Vol. 2,  (1959).   





International Journal of Engineering
E-mail: office@ije.ir
Web Site: http://www.ije.ir