Un nuevo diseño dual mejora la precisión de los acelerómetros MEMS

Un equipo de investigación liderado por el Prof. Zou Xudong del Instituto de Investigación de Información Aeroespacial de la Academia China de Ciencias (AIRCAS) propuso una nueva solución para abordar dos desafíos persistentes en los acelerómetros resonantes de Sistemas Microelectromecánicos (MEMS): la deriva térmica y las zonas muertas de medición.

Al implementar un esquema de operación de modo dual que desacopla efectivamente las frecuencias de operación de los haces diferenciales del dispositivo, el equipo logró mejoras en la precisión y el rendimiento del sensor. Sus hallazgos fueron publicados recientemente en Microsystems & Nanoengineering.

El estudio reveló que al accionar un haz en su primer modo resonante mientras se opera el otro en su segundo modo resonante, se puede mejorar la compensación térmica y mitigar el efecto de localización modal que típicamente causa zonas muertas de medición. El diseño de modo dual también preserva la simetría geométrica de los haces, lo cual es crítico para minimizar errores inducidos por temperatura y mantener un rendimiento estable del sensor.

Los datos experimentales confirmaron la efectividad de la solución, ya que el método de modo dual reduce la deriva inducida por temperatura en más de 280 veces en comparación con enfoques convencionales. Específicamente, después de la compensación diferencial, la deriva térmica se redujo de aproximadamente 342 mg a 1.19 mg. Además, los análisis de la desviación de Allan y la densidad espectral de potencia (PSD) revelaron una notable reducción en el ruido de baja frecuencia, lo que aumenta la precisión y estabilidad a largo plazo del acelerómetro.

Además, el diseño elimina la superposición de frecuencias entre los dos haces diferenciales, resolviendo el problema de la zona muerta que comúnmente ocurre cuando las frecuencias de operación de los haces se intersectan.

Los investigadores enfatizaron que esta técnica de modo dual proporciona una forma rentable de mejorar el rendimiento de los acelerómetros MEMS, haciéndola valiosa para aplicaciones como la navegación inercial y el monitoreo de vibraciones.

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