MEMS-magnetometrin kapasitiivisen lukuelektroniikan kehittäminen

Abstract

Tässä insinöörityössä suunniteltiin ja valmistettiin MEMS-magnetometrille soveltuva kapasitiivinen lukuelektroniikka. Magnetometrin sisäinen rakenne on esitelty ja pohdittu anturin mahdollisia sovelluskohteita. Lisäksi työssä on esitelty MEMS-tekniikkaa ja sen hyötyjä sekä ongelmia ja perehdytty mekaanisen resonanssin hyödyntämiseen MEMS-komponenteissa.

Työssä on esitelty myös magneettikentän voimakkuuden mittauksiin yleisesti käytössä olevia tekniikoita. Insinöörityössä rakennettiin kolme kapasitanssin mittaamiseen soveltuvaa piiriä, joista parhaiten toimiva valittiin käytettäväksi magnetometrin lukuelektroniikkana. Piirin rakentamisen lisäksi suoritettiin sen toimintaan liittyvät mittaukset kohinan analysoimiseksi ja resoluution selvittämiseksi.

Lukuelektroniikaksi valittiin piiri, joka perustuu lock in -vahvistimeen ja magnetometrin ylikuulumista kompensoivaan elektroniikkaan. Resoluution todettiin riittävän virtail-maisimeksi, mutta olevan vielä riittämätön kompassisovelluksiin. MEMS-magnetometri-komponenttien tuotantoprosessin todettiin olevan vielä kehitysvaiheessa ja seuraavilla tuotantokierroksilla saataisiin jo paremmin toimivia antureita.

In this final project, a capacitive readout circuit was designed and built for MEMS magne-tometer, which is a component designed for magnetic field strength measurements.

The build and operation principles of the component are introduced for the magnetometer and for MEMS components in general. Also the principle of utilizing mechanical resonance in MEMS components is explained and possible applications for the magnetometer are studied.

Before building three capacitive readout circuits, competing magnetometer technologies were studied briefly. Of the three circuits the most promising one was chosen and tested further in terms of analyzing the noise and resolution of the circuit. The chosen readout circuit is based on a lock in amplifier and overhearing compensation circuits.

The resolution of the magnetometer was sufficient for current indicator, but not yet accu-rate enough for compass applications. The manufacturing process for MEMS magnetometer components is still in progress, but the next process round will most probably already provide better working magnetometers.