Modellistica e caratteristiche di accelerometri di vecchia e nuova generazione

Indice
1 Introduzione 5
1.1 Denizione di trasduttore . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
1.2 Cos’ e un accelerometro . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
1.3 Scopo della tesi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
2 Principio di funzionamento 9
2.1 Equazioni del moto . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
2.2 Condizione di stazionariet a . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
2.3 Dominio di Laplace . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
2.4 Accelerometri a ciclo chiuso . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
3 Metodi di classicazione 14
3.1 Processo di fabbricazione . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
3.1.1 Bulk micromachining . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
3.1.2 Surface micromachining . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
3.2 Rilevazione della posizione della massa sismica . . . . . . . . . . . . . 16
3.2.1 Accelerometro sismico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
3.2.2 Accelerometro piezoresistivo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
3.2.3 Accelerometro piezoelettrico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
3.2.4 Accelerometro capacitivo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
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3.3 Design dell’elemento di rilevazione dell’accelerometro capacitivo . . . 19
3.3.1 Parametri sici . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
4 Accelerometri di vecchia generazione 23
4.1 Accelerometro sismico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
4.2 Accelerometro piezoresistivo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
5 Accelerometri di nuova generazione 29
5.1 Accelerometro piezoelettrico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
5.1.1 Struttura degli accelerometri piezoelettrici . . . . . . . . . . . 33
5.2 Accelerometro capacitivo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
5.2.1 Accelerometri ad open loop . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
5.2.2 Accelerometro a closed loop . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
6 Utilizzo di accelerometri per il controllo di airbag 54
6.1 Circuito comparatore . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55
6.2 Esempio numerico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56
7 Interfacciare un accelerometro ad un pc 58
7.1 Accelerometro . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59
7.2 Picaxe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61
7.3 Workstation e MatLab . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63
7.4 Simulazione . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64
7.5 Note Finali . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68
Bibliograa 75
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