RU152289U1 - MICROELECTROMECHANICAL AXIAL ACCELEROMETER - Google Patents
MICROELECTROMECHANICAL AXIAL ACCELEROMETER Download PDFInfo
- Publication number
- RU152289U1 RU152289U1 RU2014142426/28U RU2014142426U RU152289U1 RU 152289 U1 RU152289 U1 RU 152289U1 RU 2014142426/28 U RU2014142426/28 U RU 2014142426/28U RU 2014142426 U RU2014142426 U RU 2014142426U RU 152289 U1 RU152289 U1 RU 152289U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- frames
- rectangular
- axis
- center
- mass
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Pressure Sensors (AREA)
Abstract
Микроэлектромеханический осевой акселерометр, содержащий корпус, выполненный в виде платы из диэлектрического материала, инерционную массу, выполненную в виде пластины из кремния, расположенную с зазором относительно корпуса, упругие перемычки, образующие упругий подвес, обеспечивающий перемещение инерционной массы вдоль первой оси, лежащей в плоскости инерционной массы, емкостной датчик выходного сигнала, выполненный в виде четырех идентичных секций, расположенных симметрично относительно центральной точки устройства, связанных между собой электрически и включенных по дифференциальной схеме, электронную схему обработки сигналов и анкеры, отличающийся тем, что введена наружная прямоугольная рамка из кремния, расположенная с зазором относительно корпуса, в центре каждой из сторон которой выполнены прямоугольные прорези, внутри которых размещены анкеры, связанные с наружной рамкой четырьмя упругими перемычками, не допускающими линейные перемещения наружной рамки вдоль первой и второй осей, внутри наружной рамки размещена инерционная масса, в центре которой выполнена сквозная прорезь прямоугольной формы, внутри которой размещены первая и вторая идентичные внутренние рамки из кремния прямоугольной формы, расположенные симметрично по обе стороны второй оси прямоугольной системы координат с началом в центре устройства, центры масс каждой из двух внутренних рамок расположены на первой оси, внутри каждой из рамок, в их центральных частях, размещены анкеры, связанные с каждой из рамок упругими перемычками, не допускающими линейные перемещения каждой из рамок вдоль первой и второй осей, на двух наружA microelectromechanical axial accelerometer comprising a housing made in the form of a board made of dielectric material, an inertial mass made in the form of a silicon plate located with a gap relative to the housing, elastic jumpers forming an elastic suspension, which ensures the movement of the inertial mass along the first axis lying in the inertial plane mass, capacitive sensor of the output signal, made in the form of four identical sections located symmetrically relative to the center point of the device, connected m Electrically connected and included in a differential circuit, an electronic signal processing circuit and anchors, characterized in that an external rectangular silicon frame is introduced, located with a gap relative to the housing, in the center of each side of which there are rectangular slots, inside of which there are anchors associated with the outer frame with four elastic jumpers that do not allow linear movement of the outer frame along the first and second axes, an inertial mass is placed inside the outer frame, in the center of which A rectangular cut-through slot is introduced, inside of which are placed the first and second identical internal silicon rectangular frames, located symmetrically on both sides of the second axis of the rectangular coordinate system with a beginning in the center of the device, the centers of mass of each of the two internal frames are located on the first axis, inside each from the frames, in their central parts, there are anchors connected to each of the frames with elastic jumpers that do not allow linear movement of each of the frames along the first and second axes, two outwards
Description
Предлагаемая полезная модель относится к измерительной технике, в частности, к области приборостроения, и может найти применение в системах инерциальной навигации.The proposed utility model relates to measuring equipment, in particular, to the field of instrumentation, and may find application in inertial navigation systems.
Известен микроэлектромеханический осевой акселерометр [Распопов В.Я. Микромеханические приборы, М., “Машиностроение”, 2007 г., с. 22, рис. 1.4], содержащий корпус, инерционную массу, упругий подвес, датчик выходного сигнала и анкеры.Known microelectromechanical axial accelerometer [Raspopov V.Ya. Micromechanical devices, M., “Mechanical Engineering”, 2007, p. 22, fig. 1.4], comprising a housing, an inertial mass, an elastic suspension, an output signal sensor and anchors.
Признаки аналога совпадают со следующими признаками предлагаемой полезной модели. Подвижные электроды датчика выходного сигнала размещены на инерционной массе.The features of the analogue coincide with the following features of the proposed utility model. The movable electrodes of the output sensor are placed on an inertial mass.
К недостаткам известного аналога можно отнести невысокую точность из-за влияния изменения температуры окружающей среды. В известном аналоге неподвижные электроды датчика выходного сигнала размещены на корпусе, а подвижные - на инерционной массе. Корпус выполнен из стекла. Инерционная масса выполнена из кремния. Коэффициенты теплового линейного расширения стекла и кремния отличаются примерно в полтора раза. Изменение температуры окружающей среды приводит к нежелательным деформациям элементов датчика выходного сигнала, которые и приводят к снижению точности работы устройства.The disadvantages of the known analogue include low accuracy due to the influence of changes in ambient temperature. In the known analogue, the fixed electrodes of the output signal sensor are located on the housing, and the movable ones on the inertial mass. The body is made of glass. The inertial mass is made of silicon. The coefficients of linear thermal expansion of glass and silicon differ by about one and a half times. A change in ambient temperature leads to undesirable deformations of the elements of the output signal sensor, which lead to a decrease in the accuracy of the device.
Наиболее близким по своей технической сущности к предлагаемому устройству является микроэлектромеханический осевой акселерометр [Россия, патент на полезную модель №129657, G01P 15/08, опубл. 27.06.2013 г. Бюл. №18],. содержащий корпус, инерционную массу, упругий подвес, емкостной датчик выходного сигнала, электронную схему обработки сигналов и опорные площадки или анкеры.The closest in technical essence to the proposed device is a microelectromechanical axial accelerometer [Russia, utility model patent No. 129657, G01P 15/08, publ. June 27, 2013 Byul. No. 18] ,. comprising a housing, an inertial mass, an elastic suspension, a capacitive sensor of the output signal, an electronic signal processing circuit, and reference platforms or anchors.
Признаки ближайшего аналога совпадают со следующими признаками предлагаемой полезной модели. Емкостной датчик выходного сигнала выполнен в виде четырех идентичных секций, расположенных симметрично относительно центральной точки устройства. Секции связаны между собой электрически и включены по дифференциальной схеме. Подвижные электроды датчика выходного сигнала размещены на инерционной массе. Неподвижные электроды - на пластинах из кремния.The features of the closest analogue coincide with the following features of the proposed utility model. The capacitive sensor of the output signal is made in the form of four identical sections located symmetrically relative to the center point of the device. Sections are interconnected electrically and included in a differential circuit. The movable electrodes of the output sensor are placed on an inertial mass. Fixed electrodes - on silicon wafers.
К недостаткам ближайшего аналога можно отнести невысокую точность из-за влияния изменения температуры окружающей среды. Пластины из кремния, на которых размещены неподвижные электроды, крепятся непосредственно на корпусе устройства, т.е. на стекле.The disadvantages of the closest analogue include low accuracy due to the influence of changes in ambient temperature. Silicon plates on which the fixed electrodes are placed are mounted directly on the device body, i.e. on the glass.
Задача, на решение которой направлена предлагаемая полезная модель, состоит в уменьшении влияния температуры окружающей среды на работу акселерометра и в конечном итоге в повышении точности его работы.The problem to which the proposed utility model is directed is to reduce the influence of ambient temperature on the operation of the accelerometer and ultimately to increase the accuracy of its operation.
Технический результат получен за счет того, что в микроэлектромеханическом осевом акселерометре, содержащем корпус, выполненный в виде платы из диэлектрического материала, инерционную массу, выполненную в виде пластины из кремния, расположенную с зазором относительно корпуса, упругие перемычки, образующие упругий подвес, обеспечивающий перемещение инерционной массы вдоль первой оси, лежащей в плоскости инерционной массы, емкостной датчик выходного сигнала, выполненный в виде четырех идентичных секций, расположенных симметрично относительно центральной точки устройства, связанных между собой электрически и включенных по дифференциальной схеме, электронную схему обработки сигналов и анкеры, введена наружная прямоугольная рамка из кремния, расположенная с зазором относительно корпуса, в центре каждой из сторон которой выполнены прямоугольные прорези, внутри которых размещены анкеры, связанные с наружной рамкой четырьмя упругими перемычками, не допускающими линейные перемещения наружной рамки вдоль первой и второй осей, внутри наружной рамки размещена инерционная масса, в центре которой выполнена сквозная прорезь прямоугольной формы, внутри которой размещены первая и вторая идентичные внутренние рамки из кремния прямоугольной формы, расположенные симметрично по обе стороны второй оси прямоугольной системы координат с началом в центре устройства, центры масс каждой из двух внутренних рамок расположены на первой оси, внутри каждой из рамок, в их центральных частях, размещены анкеры, связанные с каждой из рамок упругими перемычками, не допускающими линейные перемещения каждой из рамок вдоль первой и второй осей, на двух наружных сторонах, параллельных первой оси, каждой из рамок размещены неподвижные электроды емкостного датчика выходного сигнала, подвижные электроды которого размещены на двух внутренних сторонах инерционной массы, параллельных первой оси.The technical result is obtained due to the fact that in a microelectromechanical axial accelerometer containing a housing made in the form of a board made of a dielectric material, an inertial mass made in the form of a silicon plate located with a gap relative to the housing, elastic jumpers forming an elastic suspension providing for inertial movement mass along the first axis lying in the plane of inertial mass, a capacitive sensor of the output signal, made in the form of four identical sections located symmetrically relative to Along the central point of the device, electrically connected and connected by a differential circuit, an electronic signal processing circuit and anchors, an external rectangular silicon frame is introduced, located with a gap relative to the body, in the center of each side of which rectangular cuts are made, inside which anchors are placed, connected with the outer frame by four elastic jumpers that do not allow linear movement of the outer frame along the first and second axes, the inertia is placed inside the outer frame a mass in the center of which a rectangular slot is made, inside which are placed the first and second identical internal silicon rectangular frames, symmetrically located on both sides of the second axis of the rectangular coordinate system with the origin in the center of the device, the centers of mass of each of the two internal frames are located on the first axis, inside each of the frames, in their central parts, are anchors connected to each of the frames with elastic jumpers that do not allow linear movement of each of the frames along the first of the second and second axes, on two outer sides parallel to the first axis, each frame contains fixed electrodes of the capacitive sensor of the output signal, the movable electrodes of which are placed on two inner sides of the inertial mass parallel to the first axis.
Существенными признаками предлагаемой полезной модели являются:The essential features of the proposed utility model are:
- дополнительное введение наружной рамки из кремния;- additional introduction of the outer frame of silicon;
- расположение инерционной массы внутри наружной рамки;- the location of the inertial mass inside the outer frame;
- дополнительное введение первой и второй внутренних рамок из кремния;- additional introduction of the first and second internal frames of silicon;
- расположение неподвижных электродов датчика выходного сигнала на внутренних рамках;- the location of the fixed electrodes of the output signal sensor on the internal frames;
- расположение анкеров (опорных площадок) и упругих перемычек таким образом, чтобы не допустить линейных перемещений наружной рамки и двух внутренних рамок вдоль первой и вдоль второй оси.- the location of the anchors (bearing pads) and elastic jumpers in such a way as to prevent linear movements of the outer frame and two inner frames along the first and along the second axis.
Указанная совокупность существенных признаков является достаточной для достижения заявленного технического результата.The specified set of essential features is sufficient to achieve the claimed technical result.
Сущность предлагаемой полезной модели поясняется графическими изображениями. На фиг. 1 представлена принципиальная конструктивная схема устройства. На фиг. 2 представлена конструктивная схема микроэлектромеханического осевого акселерометра. На фиг. 3 представлен фрагмент конструктивной схемы, ее центральной части, в другой пропорции.The essence of the proposed utility model is illustrated by graphic images. In FIG. 1 shows a schematic structural diagram of a device. In FIG. 2 presents a structural diagram of a microelectromechanical axial accelerometer. In FIG. Figure 3 shows a fragment of the constructive scheme, its central part, in a different proportion.
Устройство содержит корпус 1, выполненный в виде платы из стекла, инерционную массу 2, выполненную в виде пластины из кремния, расположенную с зазором относительно корпуса 1 и размещенную внутри наружной прямоугольной рамки 3 из кремния. Рамка 3 расположена с зазором относительно корпуса 1 и имеет четыре прямоугольные прорези, выполненные в центре каждой из сторон. Внутрижаждой из прорезей размещены анкеры 4 (опорные площадки). Каждый из анкеров 4 связан с наружной рамкой 3 четырьмя перемычками 5. Перемычки 5 выполнены так, чтобы не допустить линейные перемещения наружной рамки 3 вдоль первой оси X-X и вдоль второй оси Y-Y. Внутри наружной рамки 3 размещена инерционная масса 2, связанная с рамкой 3 четырьмя упругими перемычками 6, допускающими перемещение массы 2 вдоль первой оси X-X. В центральной части инерционной массы 2 выполнена сквозная прорезь прямоугольной формы, внутри которой размещены первая 7 и вторая 8 идентичные внутренние рамки из кремния, расположенные симметрично по обе стороны второй оси Y-Y. Внутри каждой из рамок 7 и 8 размещены анкеры 9, связанные с каждой из рамок 7 и 8 упругими перемычками 10, не допускающими линейные перемещения каждой из рамок 7 и 8 вдоль первой оси X-X и вдоль второй оси Y-Y. На наружных сторонах каждой из рамок 7 и 8 размещены неподвижные электроды 11 емкостного датчика выходного сигнала 12. Подвижные электроды 13 датчика выходного сигнала 12 размещены на внутренних сторонах инерционной массы 2.The device comprises a housing 1 made in the form of a board made of glass, an
Устройство работает следующим образом. При действии линейного ускорения в направлении оси чувствительности X-X инерционная масса 2 отклоняется от своего исходного положения. При этом изменяются емкости между подвижными 13 и неподвижными 11 электродами емкостного датчика 12 выходного сигнала. Сигнал, снимаемый с датчика 12, поступает на вход электронной схемой обработки сигналов. Напряжение на выходе электронной схемы является выходным сигналом устройства.The device operates as follows. Under the action of linear acceleration in the direction of the sensitivity axis X-X, the
В процессе сборки устройства при формировании опорных площадок (анкеров) кремний соединяется со стеклом посредством электро-диффузионной сварки путем приложения внешней разности потенциалов и одновременного нагрева до температур 200°C…450°C. В результате соединения образуются напряжения, возникающие вследствие разности значений коэффициентов теплового линейного расширения стекла и кремния. В предлагаемом устройстве кремниевые электроды датчика выходного сигнала, как подвижные, так и неподвижные, отделены от корпуса (стекла) промежуточными элементами (рамками) и упругими перемычками. Предложенная конструкция акселерометра дает возможность снизить влияние изменения температуры на выходные характеристики устройства. Как показали экспериментальные исследования, предложенное техническое решение позволило уменьшить температурный дрейф основных параметров устройства в пять раз по сравнению с прототипом и тем самым повысить точность его работы.In the process of assembling the device during the formation of supporting pads (anchors), silicon is connected to the glass by electrodiffusion welding by applying an external potential difference and simultaneously heating to temperatures of 200 ° C ... 450 ° C. As a result of the connection, stresses are formed due to the difference in the values of the coefficients of linear thermal expansion of glass and silicon. In the proposed device, the silicon electrodes of the output signal sensor, both movable and stationary, are separated from the body (glass) by intermediate elements (frames) and elastic jumpers. The proposed design of the accelerometer makes it possible to reduce the influence of temperature changes on the output characteristics of the device. As shown by experimental studies, the proposed technical solution allowed to reduce the temperature drift of the main parameters of the device by five times compared with the prototype and thereby increase the accuracy of its operation.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2014142426/28U RU152289U1 (en) | 2014-10-21 | 2014-10-21 | MICROELECTROMECHANICAL AXIAL ACCELEROMETER |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2014142426/28U RU152289U1 (en) | 2014-10-21 | 2014-10-21 | MICROELECTROMECHANICAL AXIAL ACCELEROMETER |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU152289U1 true RU152289U1 (en) | 2015-05-20 |
Family
ID=53297664
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2014142426/28U RU152289U1 (en) | 2014-10-21 | 2014-10-21 | MICROELECTROMECHANICAL AXIAL ACCELEROMETER |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU152289U1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2693010C1 (en) * | 2018-12-07 | 2019-07-01 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" | Three-axis micromechanical accelerometer |
-
2014
- 2014-10-21 RU RU2014142426/28U patent/RU152289U1/en active IP Right Revival
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2693010C1 (en) * | 2018-12-07 | 2019-07-01 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" | Three-axis micromechanical accelerometer |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US9327962B2 (en) | MEMS device and corresponding micromechanical structure with integrated compensation of thermo-mechanical stress | |
TWI748157B (en) | A MEMS accelerometer | |
EP3239723B1 (en) | Inertia measurement module and three-axis accelerometer | |
CN106970244B (en) | Multi-range MEMS closed-loop accelerometer | |
US11168983B2 (en) | Signal processing apparatus, inertial sensor, acceleration measurement method, and electronic apparatus | |
CA3004760A1 (en) | 3d mems magnetometer and associated methods | |
CN107271722B (en) | Triaxial capacitive accelerometer | |
CN103901227A (en) | Silicon micro-resonant type accelerometer | |
US10527642B2 (en) | Acceleration sensor | |
RU152289U1 (en) | MICROELECTROMECHANICAL AXIAL ACCELEROMETER | |
CN210572371U (en) | Three-axis capacitive micro accelerometer | |
US9689933B2 (en) | Magnetic field sensor | |
RU2543686C1 (en) | Micromechanical accelerometer | |
RU2641018C1 (en) | Double-stepped float gyroscope | |
RU2582910C1 (en) | Piezoelectric accelerometer | |
RU187949U1 (en) | SENSITIVE ELEMENT OF MEMS-ACCELEROMETER WITH MEASURABLE RANGE OF ACCELERATION OF LARGE AMPLITUDE | |
RU129657U1 (en) | MICROMECHANICAL AXIAL ACCELEROMETER | |
RU133617U1 (en) | MICROMECHANICAL AXIAL ACCELEROMETER | |
CN104764903A (en) | Silicon capacitor type accelerometer of mechanical modulation | |
RU55148U1 (en) | MICROMECHANICAL AXIAL ACCELEROMETER | |
RU190397U1 (en) | MICROMECHANICAL AXIAL ACCELEROMETER | |
RU2580637C1 (en) | Capacitive displacement sensor | |
RU152970U1 (en) | MICROELECTROMECHANICAL GYROSCOPE | |
RU143487U1 (en) | PIEZO-ELECTRIC MOVING ACCELEROMETER SENSOR | |
RU2795747C1 (en) | Three-component piezoelectric accelerometer |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM9K | Utility model has become invalid (non-payment of fees) |
Effective date: 20181022 |
|
NF9K | Utility model reinstated |
Effective date: 20200115 |