ITTO20110881A1 - Sensore microelettromeccanico con massa di rilevamento non conduttiva e metodo di rilevamento mediante un sensore microelettromeccanico - Google Patents

Description

DESCRIZIONE

del brevetto per invenzione industriale dal titolo:

“SENSORE MICROELETTROMECCANICO CON MASSA DI RILEVAMENTO NON CONDUTTIVA E METODO DI RILEVAMENTO MEDIANTE UN SENSORE MICROELETTROMECCANICOâ€

La presente invenzione à ̈ relativa a un sensore microelettromeccanico con massa di rilevamento non conduttiva e a un metodo di rilevamento mediante un sensore microelettromeccanico.

Sono noti sensori microelettromeccanici di vario tipo che sfruttano gli spostamenti relativi di una massa mobile rispetto a una struttura di supporto. Sensori di questo tipo si vanno diffondendo in modo sempre più capillare in numerosi apparecchiature e possono comprendere, ad esempio, accelerometri, giroscopi e trasduttori elettroacustici (microfoni/altoparlanti).

Gli spostamenti della massa mobile sono determinati da variazioni della grandezza che si vuole misurare. Nel caso di un accelerometro, ad esempio, forze applicate alla struttura di supporto modificano il suo stato di moto e causano spostamenti relativi della massa mobile. Nei giroscopi, la massa mobile, mantenuta in oscillazione controllata, si sposta per effetto dell’accelerazione di Coriolis dovuta a rotazioni della struttura di supporto. Nei trasduttori elettroacustici, la massa mobile à ̈ in forma di una membrana che si deforma in risposta a onde acustiche incidenti.

Pertanto, dall’entità dello spostamento della massa mobile à ̈ possibile risalire all’entità della grandezza che ne à ̈ la causa.

In molti sensori, la massa mobile à ̈ capacitivamente accoppiata alla struttura di supporto e l’accoppiamento capacitivo varia in ragione della posizione della massa mobile stessa. Dalle informazioni sull’accoppiamento capacitivo, che possono essere agevolmente ricavate a terminali elettrici, si risale alla grandezza da misurare.

Secondo soluzioni ampiamente diffuse, la struttura di supporto e la massa mobile sono provviste di rispettivi elettrodi conduttivi reciprocamente affacciati, in modo da formare condensatori. La capacità dei condensatori à ̈ determinata dalla distanza fra gli elettrodi della struttura di supporto e gli elettrodi della massa mobile e quindi dipendono dalla posizione di quest’ultima. Tra gli elettrodi generalmente c’e’ aria.

Nonostante il vasto campo di applicazioni, ci sono tuttavia alcuni aspetti che limitano le prestazioni e, talvolta, la possibilità di impiego di sensori capacitivi di questo tipo.

Gli aspetti più critici, che sono spesso in conflitto, sono in genere la sensibilità e la linearità dei sensori. La sensibilità, definita come derivata della capacità rispetto alla posizione nella direzione di rilevamento, dipende essenzialmente dalla geometria del sensore (superfici degli elettrodi e distanza a riposo) e dalla rigidezza degli elementi di sospensione che collegano la massa mobile alla struttura di supporto per consentire oscillazioni elastiche rispetto a gradi di libertà prefissati oppure dalla rigidezza delle membrane nel caso dei trasduttori elettroacustici. In particolare molle o membrane più rigide permettono spostamenti di modesta entità e, di conseguenza, piccole variazioni capacitive. Se, da un lato, la linearità beneficia di piccoli scostamenti da una posizione di riposo, dall’altro, però, la sensibilità à ̈ limitata e si traduce in minore accuratezza e robustezza al rumore. Connessioni elastiche e membrane meno rigide vanno a vantaggio della sensibilità, ma riducono la linearità. Inoltre, aumenta il rischio di urti fra le parti mobili e le parti fisse, che possono causare danni anche irreversibili ai dispositivi.

Un ulteriore limite deriva dalla necessità di disporre di connessioni elettriche sia per gli elettrodi fissi, sia per gli elettrodi mobili. L’architettura dei sensori microelettromeccanici à ̈ spesso complessa e realizzare numerose connessioni elettriche può risultare difficoltoso.

È stato proposto l’uso di sensori che sfruttano condensatori realizzati sulla superficie di un substrato e polarizzati e una massa mobile di materiale polimerico (ad esempio parrilene) a distanza variabile dal substrato. La massa mobile, a seconda della posizione rispetto alla superficie del substrato, modifica diversamente le linee di campo al bordo dei condensatori e, di conseguenza, la loro capacità.

Questa soluzione trova tuttavia dei limiti perché i polimeri, e in particolare il parrilene, sono poco adatti a realizzare microstrutture complesse, come in molti casi sarebbe invece necessario. La flessibilità à ̈ quindi scarsa e le possibilità di impiego sono piuttosto ridotte.

Scopo della presente invenzione à ̈ fornire un sensore microelettromeccanico e un metodo di rilevamento che permettano di attenuare le limitazioni descritte.

Secondo la presente invenzione vengono realizzati un sensore microelettromeccanico e un metodo di rilevamento come definiti rispettivamente nelle rivendicazioni 1 e 12.

Per una migliore comprensione dell’invenzione, ne verranno ora descritte alcune forme di realizzazione, a puro titolo di esempio non limitativo e con riferimento ai disegni allegati, nei quali:

- la figura 1 à ̈ una vista in pianta dall’alto semplificata di un sensore microelettromeccanico in accordo a una prima forma di realizzazione della presente invenzione;

- la figura 2 Ã ̈ una vista prospettica ingrandita di un particolare del sensore microelettromeccanico di figura 1;

- la figura 3 Ã ̈ uno schema a blocchi semplificato di una parte del sensore microelettromeccanico di figura 1;

- la figura 4 Ã ̈ una sezione trasversale attraverso un sensore microelettromeccanico in accordo a una seconda forma di realizzazione della presente invenzione;

- la figura 5 à ̈ una vista in pianta dall’alto semplificata di un sensore microelettromeccanico in accordo a una terza forma di realizzazione della presente invenzione;

- la figura 6 Ã ̈ una sezione trasversale attraverso un sensore microelettromeccanico in accordo a una quarta forma di realizzazione della presente invenzione; e

- la figura 7 Ã ̈ uno schema a blocchi semplificato di un sistema elettronico incorporante un sensore microelettromeccanico secondo una forma di realizzazione della presente invenzione.

Le figure 1 e 2 mostrano in modo semplificato un sensore microelettromeccanico, in particolare un accelerometro monoassiale, qui indicato con il numero di riferimento 1.

Il sensore microelettromeccanico 1 comprende una struttura di supporto 2 di materiale semiconduttore, ad esempio silicio, e una massa di rilevamento 3, che à ̈ alloggiata in una cavità 4 della struttura di supporto 2 ed à ̈ mobile rispetto alla struttura di supporto 2 stessa secondo un grado di libertà, che nella forma di realizzazione descritta, à ̈ di tipo traslatorio. In pratica, la massa di rilevamento 3 à ̈ vincolata alla struttura di supporto mediante elementi elastici di connessione 5 che sono configurati in modo da permettere movimenti relativi della massa di rilevamento 3 lungo un asse di rilevamento X, rispetto a una posizione di riposo. Nella forma di realizzazione delle figure 1 e 2, l’asse di rilevamento X à ̈ inoltre parallelo a una superficie 4a di fondo della cavità 4 in cui à ̈ alloggiata la massa di rilevamento 3. La massa di rilevamento 3 à ̈ quindi mobile parallelamente alla superficie 4a, a cui à ̈ affacciata.

La struttura di supporto 2 à ̈ provvista di una pluralità di primi elettrodi 7a e di secondi elettrodi 7b di materiale semiconduttore drogato (e quindi conduttivi), che si proiettano verso l’interno della cavità 4. I primi e i secondi elettrodi 7a, 7b sono paralleli fra loro e all’asse di rilevamento X, sono disposti affiancati gli uni agli altri e alternati e sono spaziati in modo uniforme. Inoltre, primi elettrodi 7a e secondi elettrodi 7b adiacenti sono elettricamente isolati gli uni dagli altri e definiscono rispettivi condensatori a facce piane e parallele. Un primo terminale di rilevamento 8a e un secondo terminale di rilevamento 8b sono collegati rispettivamente ai primi elettrodi 7a e ai secondi elettrodi 7b.

La massa mobile 3 à ̈ realizzata in materiale non conduttivo, che nella forma di realizzazione qui descritta à ̈ silicio intrinseco. In alternativa, possono essere utilizzati altri semiconduttori intrinseci, come germanio o arseniuro di gallio, oppure ossidi o nitruri di un semiconduttore, come, ad esempio, ossido di silicio (SiO2) e nitruro di silicio (Si3N4). In generale, tuttavia, i semiconduttori intrinseci sono preferiti per la maggiore costante dielettrica che, come si vedrà più avanti, favorisce la sensibilità dei dispositivi.

Come accennato, la massa di rilevamento 3 à ̈ mobile nella cavità 4 lungo l’asse di rilevamento X. La massa di rilevamento 3 à ̈ inoltre provvista di piatti 3a che si proiettano lateralmente verso i primi elettrodi 7a e i secondi elettrodi 7b, parallelamente all’asse di rilevamento X e alla superficie 4a. I piatti 3a sono distanziati fra loro in modo uniforme e sono inseriti ciascuno fra una rispettiva coppia di primi elettrodi 7a e di secondi elettrodi 7b adiacenti.

Gli elementi elastici di connessione 5 sono configurati in modo che, in assenza di sollecitazioni esterne, la massa di rilevamento 3 si trovi in una posizione di riposo XRrispetto all’asse di rilevamento X, come mostrato in figura 1. Quando una forza viene applicata alla struttura di supporto 2, la massa di rilevamento 3 si muove lungo l’asse di rilevamento X rispetto alla posizione di riposo XR, in una direzione determinata dal segno delle sollecitazioni. L’ampiezza dello spostamento à ̈ inoltre determinata dall’entità delle sollecitazioni.

Pertanto, lo spazio compreso fra coppie di primi elettrodi 7a e di secondi elettrodi 7b adiacenti à ̈ occupato da un rispettivo piatto 3a della massa di rilevamento 3 in misura determinata dalla posizione della massa di rilevamento 3 stessa rispetto all’asse di rilevamento X. Come ricordato in precedenza, primi elettrodi 7a e secondi elettrodi 7b adiacenti definiscono condensatori 10 la cui capacità à ̈ determinata, tra l’altro, dall’estensione della porzione dei piatti 3a inserita fra primi elettrodi 7a e di secondi elettrodi 7b adiacenti. I piatti 3a interagiscono con il campo associato ai condensatori 10 e ne influenzano la capacità.

La capacità complessiva di ciascun condensatore 10 à ̈ determinata da due contributi, uno dovuto alla porzione avente aria fra le armature e uno dovuto alla presenza del materiale non conduttivo formante i piatti 3a (si veda la figura 3). Indicando con L la dimensione degli elettrodi 7a, 7b nella direzione dell’asse di rilevamento X, con X’ la lunghezza della porzione dei piatti 3a inserita fra gli elettrodi 7a, 7b, con Z (figura 2) la dimensione degli elettrodi 7a, 7b nella direzione perpendicolare alla superficie 4a della cavità 4 e all’asse di rilevamento X e con G la distanza fra primi elettrodi 7a e di secondi elettrodi 7b adiacenti, la capacità complessiva di ciascun condensatore 10 à ̈ data da:

(1) G G

La relazione semplificata (1) à ̈ valida quando la larghezza dei piatti 3a à ̈ sostanzialmente uguale, a meno di un piccolo gioco, alla distanza G fra primi elettrodi 7a e di secondi elettrodi 7b adiacenti e, inoltre, nell’ipotesi di trascurare l’effetto dei piatti 3a sui condensatori 10 adiacenti.

La capacità complessiva di ciascun condensatore 10 dipende quindi dalla posizione della massa di rilevamento lungo l’asse X, la quale à ̈ a sua volta determinata dall’intensità delle forze applicate alla struttura di supporto 2. Se la struttura del sensore non soddisfa le condizioni indicate, la capacità dei condensatori 10 à ̈ data da una relazione più complessa rispetto alla relazione (1), ma dipende comunque in modo sostanzialmente lineare dalla posizione della massa di rilevamento lungo l’asse X.

La capacità totale dei condensatori 10 (che sono collegati fra loro in parallelo, figura 1) può essere agevolmente rilevata con un circuito di lettura 15, come mostrato in figura 3. In particolare, il circuito di lettura 15, ad esempio, applica una tensione VSfra i terminali di rilevamento 8a, 8b e determina l’integrale della corrente assorbita.

La figura 4 mostra una diversa forma di realizzazione dell’invenzione. Un sensore microelettromeccanico 100, in particolare un accelerometro monoassiale, comprende una struttura di supporto 102 e una massa di rilevamento 103, alloggiata in una cavità 104 della struttura di supporto 102 e mobile rispetto alla struttura di supporto 102 secondo un grado di libertà, che nella forma di realizzazione descritta, à ̈ di tipo traslatorio.

Più in dettaglio, la massa di rilevamento 103 à ̈ vincolata alla struttura di supporto 102 mediante elementi elastici di connessione 105 che sono configurati in modo da permettere movimenti relativi della massa di rilevamento 103 lungo un asse di rilevamento Z, rispetto a una posizione di riposo. Nella forma di realizzazione descritta l’asse di rilevamento Z à ̈ perpendicolare a una superficie 104a di fondo della cavità 104 in cui à ̈ alloggiata la massa di rilevamento 103. Pertanto, il grado di libertà permette alla massa di rilevamento 103 di muoversi perpendicolarmente alla superficie 104a e quindi di avvicinarsi e allontanarsi rispetto alla struttura di supporto 102.

La struttura di supporto 102 à ̈ provvista di una pluralità di primi elettrodi 107a e di secondi elettrodi 107b di materiale semiconduttore drogato (e quindi conduttivi). I primi elettrodi 107a e i secondi elettrodi 107b sono perpendicolari alla superficie 104a della cavità 104, disposti fra loro affiancati e alternati e si proiettano verso la massa di rilevamento 103 parallelamente all’asse di rilevamento Z.

I primi elettrodi 107a e i secondi elettrodi 107b sono disposti affiancati gli uni agli altri e sono spaziati in modo uniforme. Inoltre, primi elettrodi 107a e secondi elettrodi 107b adiacenti sono elettricamente isolati gli uni dagli altri e definiscono rispettivi condensatori a facce piane e parallele. Un primo terminale di rilevamento 8a e un secondo terminale di rilevamento 8b sono collegati rispettivamente ai primi elettrodi 7a e ai secondi elettrodi 7b.

La massa mobile 103, che à ̈ realizzata in materiale non conduttivo, in particolare silicio intrinseco, à ̈ mobile lungo l’asse di rilevamento Z in direzione perpendicolare alla superficie 104a della cavità 104. La massa di rilevamento 103 à ̈ inoltre provvista di piatti 103a che si proiettano verso i primi elettrodi 7a e i secondi elettrodi 7b parallelamente all’asse di rilevamento Z. I piatti 103a sono distanziati fra loro in modo uniforme e sono inseriti ciascuno fra una rispettiva coppia di primi elettrodi 107a e di secondi elettrodi 107b adiacenti.

Gli elementi elastici di connessione 105 sono configurati in modo che, in assenza di sollecitazioni esterne, la massa di rilevamento 103 si trovi in una posizione di riposo ZRrispetto all’asse di rilevamento Z, come mostrato in figura 4. Quando una forza viene applicata alla struttura di supporto 102, la massa di rilevamento 103 si muove lungo l’asse di rilevamento Z rispetto alla posizione di riposo ZRperpendicolarmente alla superficie 104a, in una direzione determinata dal segno delle sollecitazioni. L’ampiezza dello spostamento à ̈ inoltre determinata dall’entità delle sollecitazioni.

Pertanto, lo spazio compreso fra coppie di primi elettrodi 107a e di secondi elettrodi 107b adiacenti à ̈ occupato da un rispettivo piatto 103a della massa di rilevamento 103 in misura che dipende dalla posizione della massa di rilevamento 103 stessa.

Primi elettrodi 107a e di secondi elettrodi 107b adiacenti definiscono condensatori 10 la cui capacità à ̈ determinata, tra l’altro, dall’estensione della porzione dei piatti 103a inserita fra primi elettrodi 107a e di secondi elettrodi 107b adiacenti e, di conseguenza, dalla posizione della massa di rilevamento 103 rispetto all’asse di rilevamento Z.

Nella forma di realizzazione illustrata schematicamente in figura 5, un giroscopio 200 comprende una struttura di supporto 202, una massa di rilevamento 203 e una massa di attuazione 204. La massa di rilevamento 203 e la massa di attuazione 204 sono mobili relativamente alla struttura di supporto 202 secondo rispettivi gradi di libertà, in questo caso traslatori. Più precisamente, la massa di attuazione 204 à ̈ vincolata alla struttura di supporto 202 mediante primi elementi elastici di connessione 205, che consentono spostamenti della massa di attuazione 204 lungo un asse di attuazione Y. La massa di rilevamento 203 à ̈ vincolata alla massa di attuazione 204 mediante secondi elementi elastici di connessione 206 che consentono spostamenti della massa di rilevamento 203 rispetto alla massa di attuazione 204 lungo un asse di rilevamento X perpendicolare all’asse di attuazione Y.

Un dispositivo di attuazione 208 mantiene la massa di attuazione 204 in oscillazione di ampiezza e frequenza controllata, utilizzando allo scopo gruppi di attuazione 209, i quali comprendono elettrodi fissi (ancorati alla struttura di supporto 202) ed elettrodi mobili (ancorati alla massa di attuazione 204) in configurazione “combfingered†.

La massa di rilevamento 203 à ̈ realizzata in materiale non conduttivo, preferibilmente silicio intrinseco, e comprende piatti 303a fra loro affiancati, che si estendono paralleli all’asse di rilevamento X.

Primi elettrodi fissi 207a e secondi elettrodi fissi 207b si estendono dalla struttura di supporto parallelamente all’asse di rilevamento X. I primi elettrodi fissi 207a e i secondi elettrodi fissi 207b sono fra loro affiancati e sono disposti alternati. Inoltre, i primi elettrodi fissi 207a e i secondi elettrodi fissi 207b adiacenti sono elettricamente isolati e formano a coppie condensatori.

La massa di rilevamento 203 à ̈ disposta in modo che i piatti 203a si trovino fra rispettive coppie di primi elettrodi 207a e di secondi elettrodi 207b, sostanzialmente come già descritto con riferimento alle figure 1-3.

Rotazioni della struttura di supporto attorno a un asse perpendicolare all’asse di attuazione Y causano spostamenti della massa di rilevamento 203 lungo l’asse di rilevamento X per effetto della forza di Coriolis. Gli spostamenti sono proporzionali alla velocità angolare della struttura di supporto e determinano a loro volta variazioni capacitive dei condensatori definiti fra coppie di primi elettrodi 7a e secondi elettrodi 3b adiacenti. La lettura di tali variazioni capacitive fornisce quindi segnali indicativi della velocità angolare della struttura di supporto 202.

L’invenzione permette di ottenere numerosi vantaggi, sia dal punto di vista costruttivo, sia per quanto riguarda le prestazioni.

L’uso di un materiale non conduttivo basato su semiconduttore (quale un semiconduttore intrinseco, ossido di silicio o nitruro di silicio) al posto di un polimero per realizzare la massa di rilevamento permette di sfruttare le usuali tecniche di microlavorazione per ottenere strutture articolate, ad esempio come quelle descritte con piatti mobili interdigitati a elettrodi fissi. L’integrazione di strutture polimeriche, infatti, à ̈ spesso problematica e le tecniche di microlavorazione non consentono di ottenere livelli di precisione confrontabili. La possibilità di realizzare strutture complesse e articolate ha riflessi significativi anche sulle prestazioni. L’introduzione di materiale non conduttivo in misura variabile all’interno delle armature di condensatori permette di modificare in modo sostanziale la capacità dei condensatori stessi. Le modifiche risultanti vanno ben oltre l’influenza sull’effetto di bordo dovuta all’accostamento ai condensatori di strutture dielettriche, che intercettano le linee di campo solo all’esterno delle armature. La sensibilità dei sensori à ̈ quindi notevolmente incrementata.

La sensibilità beneficia anche della dipendenza dalla costante dielettrica del materiale utilizzato, che può essere molto elevata, in particolare rispetto a quella dei polimeri utilizzabili. L’aumento di sensibilità dovuto alla scelta del materiale à ̈ peraltro indipendente dalla configurazione scelta per la massa di rilevamento. Un vantaggio, sebbene minore, sarebbe comunque ottenibile anche nel caso di una massa di rilevamento mobile in prossimità di un condensatore, ma posta all’esterno senza essere introdotta fra le armature, come nella forma di realizzazione di figura 6. In questo caso, in un sensore microelettromeccanico 300 una massa di rilevamento 303 à ̈ collegata elasticamente a una struttura di supporto 302 mediante elementi elastici di connessione 305. In particolare, gli elementi elastici di connessione 305 sono configurati in modo da permettere alla massa di rilevamento 303 di alternativamente avvinarsi e allontanarsi rispetto a una superficie 302a della struttura di supporto 302 su cui sono realizzati primi elettrodi 307a e secondi elettrodi 307b. I primi elettrodi 307a e i secondi elettrodi 307b sono disposti allineati e fra loro alternati. Inoltre, primi elettrodi 307a e secondi elettrodi 307b adiacenti sono elettricamente isolati e formano condensatori. Un primo terminale di rilevamento 308a e un secondo terminale di rilevamento 308b sono collegati rispettivamente ai primi elettrodi 307a e ai secondi elettrodi 307b. In presenza di una tensione di rilevamento VSfra il primo terminale di rilevamento 308a e il secondo terminale di rilevamento 308b, fra i primi elettrodi 307a e i secondi elettrodi 307b si instaura un campo elettrico che à ̈ influenzato dalla massa di rilevamento 303 in misura che à ̈ determinata dalla posizione della massa di rilevamento 303 stessa rispetto alla superficie 302a della struttura di supporto 302.

Un ulteriore vantaggio delle soluzioni descritte, in cui la massa di rilevamento ha piatti inseriti fra coppie di elettrodi fissi in misura variabile secondo la posizione della massa di rilevamento stessa, à ̈ la elevata linearità su un ampio intervallo di misure. La relazione che lega la capacità complessiva dei condensatori all’ampiezza della porzione dei piatti che si trova all’interno delle armature à ̈ infatti valida con buona approssimazione fino a quando i piatti della massa di rilevamento non vengono quasi del tutto estratti.

I dispositivi realizzati secondo l’invenzione, inoltre, non soffrono del cosiddetto fenomeno di “pull-in†a cui sono invece soggetti i sensori che utilizzano elettrodi mobili conduttivi, in particolare in configurazione “comb-fingered†. Gli elettrodi mobili sono infatti sottoposti a forze elettrostatiche che tendono a richiamare gli elettrodi mobili stesso nello spazio all’interno degli elettrodi fissi. Normalmente, le forze elettrostatiche sono contrastate dalla forza elastica degli elementi di connessione che tendono a riportare la massa di rilevamento e gli elettrodi mobili nella posizione di riposo. Se però gli spostamenti superano una soglia, ad esempio per una sollecitazione intensa, le forze elettrostatiche, che dipendono in modo non lineare dalla posizione della massa di rilevamento, prevalgono. La massa di rilevamento viene bloccata e non ritorna alla posizione di riposo, impedendo il funzionamento del dispositivo. La massa di rilevamento secondo l’invenzione à ̈ invece realizzata in materiale non conduttivo ed à ̈ quindi immune al fenomeno del “pull-in†, perché i piatti non sono soggetti a tensione elettrica.

In figura 7 à ̈ illustrata una porzione di un sistema elettronico 400 in accordo a una forma di realizzazione della presente invenzione. Il sistema 400 incorpora il dispositivo microelettromeccanico 1 e può essere utilizzato in sistemi elettronici come, ad esempio, un calcolatore palmare (personal digital assistant, PDA), un calcolatore portatile, eventualmente con capacità wireless, un telefono cellulare, un dispositivo di messaggistica, un riproduttore audio digitale, una fotocamera o una videocamera digitale, un sistema di navigazione inerziale, un sistema automotive o altri dispositivi atti a elaborare, immagazzinare, trasmettere o ricevere informazioni. Ad esempio, il dispositivo microelettromeccanico 1 può essere utilizzato in una camera digitale per rilevare movimenti ed effettuare una stabilizzazione di immagine. In un’ulteriore forma di realizzazione, il dispositivo microelettromeccanico 1 à ̈ incluso in un’interfaccia utente attivata da movimento per calcolatori o console per videogiochi. In un’ulteriore forma di realizzazione, il dispositivo microelettromeccanico 1 à ̈ incorporato in un dispositivo di navigazione satellitare ed à ̈ utilizzato per il tracciamento temporaneo di posizione in caso di perdita del segnale di posizionamento satellitare.

Il sistema elettronico 400 può comprendere un controllore 410, un dispositivo di ingresso/uscita (I/O) 420 (ad esempio una tastiera o uno schermo), il dispositivo microelettromeccanico 1, un’interfaccia “wireless†440 e una memoria 460, di tipo volatile o non volatile, accoppiati fra loro attraverso un bus 450. in una forma di realizzazione, una batteria 480 può essere utilizzata per alimentare il sistema 400. Si noti che l’ambito della presente invenzione non à ̈ limitato a forme di realizzazione aventi necessariamente uno o tutti i dispositivi elencati.

Il controllore 410 può comprendere, ad esempio, uno o più microprocessori, microcontrollori e simili.

Il dispositivo di I/O 420 può essere utilizzato per generare un messaggio. Il sistema 400 può utilizzare l’interfaccia wireless 440 per trasmettere e ricevere messaggi a e da una rete di comunicazione wireless con un segnale a radiofrequenza (RF). Esempi di interfaccia wireless possono comprendere un’antenna, un ricetrasmettitore wireless, come un’antenna a dipolo, benché l’ambito della presente invenzione non sia limitato sotto questo aspetto. Inoltre, il dispositivo I/O 420 può fornire una tensione rappresentativa di ciò che à ̈ memorizzato sia in forma di uscita digitale (se sono state immagazzinate informazioni digitali), sia in forma di informazione analogica (se sono state immagazzinate informazioni analogiche).

Risulta infine chiaro che al sensore microelettromeccanico descritto e illustrato possono essere apportate modifiche e varianti senza per questo uscire dall’ambito di protezione della presente invenzione, come definito nelle rivendicazioni allegate.

In particolare, l’invenzione può essere utilizzata per realizzare anche altri tipi di dispositivi come, ad esempio, accelerometri e giroscopi multiassiali e trasduttori elettroacustici, magnetometri. Inoltre, possono essere realizzati accelerometri rotazionali e giroscopi con massa di attuazione angolarmente oscillante.

Claims (13)

1. RIVENDICAZIONI 1. Sensore microelettromeccanico comprendente: una struttura di supporto (2; 102; 202; 302), avente almeno un primo elettrodo (7a; 107a; 207a; 307a) e un secondo elettrodo (7b; 107b; 207b; 307b) formanti un condensatore (10); una massa di rilevamento (3; 103; 203; 303) di materiale non conduttivo, disposta in modo da interagire con un campo elettrico associato al condensatore (10) e mobile rispetto alla struttura di supporto (2; 102; 202; 302) secondo un grado di libertà (X; Z), in modo che una posizione relativa della massa di rilevamento (3; 103; 203; 303) rispetto al primo elettrodo (7a; 107a; 207a; 307a) e al secondo elettrodo (7b; 107b; 207b; 307b) sia variabile in risposta a sollecitazioni esterne; caratterizzato dal fatto che la massa di rilevamento (3; 103; 203; 303) à ̈ realizzata in un materiale selezionato nel gruppo composto da: materiali semiconduttori intrinseci, ossidi di materiali semiconduttori, nitruri di materiali semiconduttori.
2. 2. Sensore secondo la rivendicazione 1, in cui la massa di rilevamento (3; 103; 203; 303) Ã ̈ realizzata in un materiale selezionato nel gruppo composto da: silicio intrinseco, germanio intrinseco, arseniuro di gallio intrinseco.
3. 3. Sensore secondo la rivendicazione 1 o 2, in cui la massa di rilevamento (3; 103; 203) à ̈ provvista di un piatto (3a; 103a; 203a) inserito fra il primo elettrodo (7a; 107a; 207a) e il secondo elettrodo (7b; 107b; 207b) in misura che dipende dalla posizione relativa della massa di rilevamento (3; 103; 203) stessa rispetto al primo elettrodo (7a; 107a; 207a) e al secondo elettrodo (7b; 107b; 207b) secondo il grado di libertà (X).
4. 4. Sensore secondo la rivendicazione 3, comprendente una pluralità di primi elettrodi (7a; 107a; 207a) e di secondi elettrodi (7b; 107b; 207b) disposti affiancati gli uni agli altri e alternati ed estendentisi dalla struttura di supporto (2; 102; 202) verso la massa di rilevamento (3; 103; 203); in cui primi elettrodi (7a; 107a; 207a) e secondi elettrodi (7b; 107b; 207b) adiacenti sono elettricamente isolati gli uni dagli altri; e in cui la massa di rilevamento (3; 103; 203) à ̈ provvista di una pluralità di piatti (3a; 103a; 203a) inseriti fra rispettive coppie di primi elettrodi (7a; 107a; 207a) e di secondi elettrodi (7b; 107b; 207b) in misura determinata dalla posizione relativa della massa di rilevamento (3; 103; 203) stessa rispetto ai primi elettrodi (7a; 107a; 207a) e ai secondi elettrodi (7b; 107b; 207b).
5. 5. Sensore secondo la rivendicazione 4, in cui primi elettrodi (7a; 107a; 207a) e secondi elettrodi (7b; 107b; 207b) adiacenti definiscono rispettivi condensatori (10) a facce parallele.
6. 6. Sensore secondo la rivendicazione 4 o 5, in cui la massa di rilevamento (3) Ã ̈ mobile parallelamente a una superficie (4a) della struttura di supporto (2) affacciata alla massa di rilevamento (3).
7. 7. Sensore secondo la rivendicazione 6, in cui i piatti (3a) della massa di rilevamento (3) si estendono lateralmente dalla massa di rilevamento (3) verso la struttura di supporto (2).
8. 8. Sensore secondo la rivendicazione 4 o 5, in cui la massa di rilevamento (103) Ã ̈ mobile perpendicolarmente a una superficie (104a) della struttura di supporto (102) affacciata alla massa di rilevamento (103).
9. 9. Sensore secondo la rivendicazione 8, in cui i piatti (103a) della massa di rilevamento (103) sono disposti fra la massa di rilevamento (103) e la superficie (104a) della struttura di supporto (102) affacciata alla massa di rilevamento (103).
10. 10. Sensore secondo la rivendicazione 9, in cui i primi elettrodi (107a) e i secondi elettrodi (7b) si estendono dalla superficie (104a) della struttura di supporto (102) verso la massa di rilevamento (103).
11. 11. Sistema elettronico comprendente un’unità di controllo (410) e un sensore microelettromeccanico (1) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti accoppiato all’unità di controllo (410).
12. 12. Metodo di rilevamento mediante un sensore microelettromeccanico, comprendente: disporre un corpo non conduttivo (3a; 103a; 203a; 303a) in prossimità di un condensatore (10), in modo che il corpo non conduttivo (3a; 103a; 203a; 303a) interagisca con un campo elettrico associato al condensatore (10); e collegare meccanicamente il corpo non conduttivo (3a; 103a; 203a; 303a) al condensatore (10), in modo che il corpo non conduttivo (3a; 103a; 203a; 303a) sia mobile rispetto al condensatore (10) secondo un grado di libertà (X; Z) e in modo che una posizione relativa del corpo non conduttivo (3a; 103a; 203a; 303a) rispetto al condensatore (10) sia variabile in risposta a sollecitazioni esterne; e determinare una capacità del condensatore (10); caratterizzato dal fatto che il corpo non conduttivo (3a; 103a; 203a; 303a) à ̈ realizzato in un materiale selezionato nel gruppo composto da: materiali semiconduttori intrinseci, ossidi di materiali semiconduttori, nitruri di materiali semiconduttori.
13. 13. Metodo secondo la rivendicazione 12, in cui il condensatore (10) comprende un primo elettrodo (7a; 107a; 207a; 307a) e un secondo elettrodo (7b; 107b; 207b; 307b) reciprocamente affacciati e in cui disporre comprende introdurre il corpo non conduttivo (3a; 103a; 203a; 303a) fra il primo elettrodo (7a; 107a; 207a; 307a) e il secondo elettrodo (7b; 107b; 207b; 307b).