RU2099717C1 - Flexible hinge - Google Patents
Flexible hinge Download PDFInfo
- Publication number
- RU2099717C1 RU2099717C1 RU96107818A RU96107818A RU2099717C1 RU 2099717 C1 RU2099717 C1 RU 2099717C1 RU 96107818 A RU96107818 A RU 96107818A RU 96107818 A RU96107818 A RU 96107818A RU 2099717 C1 RU2099717 C1 RU 2099717C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- sensing element
- axis
- hinge
- jumpers
- jumper
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Gyroscopes (AREA)
- Pressure Sensors (AREA)
Abstract
Description
Данное изобретение относится к области измерительной техники, а точнее к прецизионным подвесам чувствительных элементов преобразователей инерциальной информации. This invention relates to the field of measurement technology, and more specifically to precision suspensions of sensitive elements of inertial information converters.
Известен упругий шарнир планарного, имеющего две параллельные друг другу основные поверхности чувствительного элемента, содержащий идентичные перемычки с двумя параллельными друг другу основными поверхностями и двумя боковыми стенками в каждой перемычке, причем перемычками соединены подвижная и неподвижные части чувствительного элемента, в каждой перемычке ее продольная ось параллельна боковым стенкам, общей осью изгиба перемычек образована ось шарнира, продольная ось каждой перемычки направлена перпендикулярно оси шарнира, основные поверхности расположены в области плоскости симметрии чувствительного элемента, параллельной основным поверхностям чувствительного элемента и проходящей через ось шарнира [1]
Недостатком этого упругого шарнира является наличие момента небаланса подвижной части чувствительного элемента вследствие технологических допусков, вызывающих несовпадение оси шарнира с плоскостью симметрии чувствительного элемента.Known elastic hinge planar, having two parallel to each other the main surface of the sensing element, containing identical jumpers with two parallel to each other main surfaces and two side walls in each jumper, with jumpers connected to the movable and fixed parts of the sensing element, in each jumper its longitudinal axis is parallel to the side walls, the joint axis of the bridges is formed by the axis of the hinge, the longitudinal axis of each jumper is directed perpendicular to the axis of the hinge, surfaces are located in the region of the plane of symmetry of the sensor parallel to the main surfaces of the sensor and passing through the hinge axis [1]
The disadvantage of this elastic hinge is the presence of an imbalance moment of the movable part of the sensitive element due to technological tolerances that cause the hinge axis to not coincide with the plane of symmetry of the sensitive element.
От указанного недостатка свободен упругий шарнир, принятый за прототип и известный по источникам информации [2]
Упругий шарнир планарного, имеющего две параллельные друг другу основные поверхности, выполненный из монокристаллического кремния методом анизотропного травления чувствительного элемента преобразователя инерциальной информации, состоит из идентичных перемычек с двумя параллельными друг другу основными поверхностями и двумя боковыми стенками в каждой перемычке, причем перемычками соединены выполненные с возможностью относительного перемещения две части чувствительного элемента, основные поверхности перемычек расположены относительно основных поверхностей чувствительного элемента под углом, равным углу кристаллической решетки кремния, в каждой перемычке ее продольная ось параллельна боковым стенкам, общей осью изгиба перемычек образована ось шарнира, продольные оси перемычек расположены перпендикулярно оси шарнира.The elastic hinge adopted for the prototype and known from the sources of information is free from this drawback [2]
The elastic hinge of a planar one, having two main surfaces parallel to each other, made of monocrystalline silicon by anisotropic etching of the sensitive element of the inertial information transducer, consists of identical jumpers with two main surfaces parallel to each other and two side walls in each jumper, with the jumpers being made with the possibility of relative movement of the two parts of the sensing element, the main surfaces of the jumpers are located relative Tel'nykh major surfaces of the sensor element at an angle equal to the angle silicon lattice, each bridge its longitudinal axis is parallel to the side walls, the general axis of the bending webs formed by the hinge axis, the longitudinal axis of the webs are arranged perpendicularly to the hinge axis.
Недостатком этого упругого шарнира является его уменьшенная прочность при расчетных размерах вследствие подтрав, возникающих со стороны боковых стенок в местах соединения перемычек с частями чувствительного элемента в процессе анизотропного травления кремния. Подтравы происходят в местах, где стравливаемые поверхности образуют друг с другом внешние углы, большие 180o, что и наблюдается в случае выполнения упругих перемычек с направлением их продольных осей перпендикулярно оси шарнира.The disadvantage of this elastic hinge is its reduced strength at the design dimensions due to ghosting arising from the side walls at the junction points of the jumpers with parts of the sensitive element during anisotropic etching of silicon. Subgrades occur in places where the etched surfaces form external angles with each other, greater than 180 o , which is observed in the case of elastic bridges with the direction of their longitudinal axes perpendicular to the axis of the hinge.
Целью изобретения является повышение прочности упругого шарнира при неизменной его жесткости. The aim of the invention is to increase the strength of the elastic joint with constant rigidity.
Данная цель достигается в известном упругом шарнире тем, что в нем образованы две перемычки, расположенные по разные стороны от оси чувствительного элемента, параллельной его основным поверхностям и перпендикулярной оси шарнира, продольные оси перемычек расположены вдоль оси шарнира, в каждой перемычке одной боковой стенкой соединены расположенные на одной основной поверхности чувствительного элемента поверхность одной части чувствительного элемента и поверхность другой части чувствительного элемента, второй боковой стенкой соединены расположенные на второй основной поверхности чувствительного элемента поверхность одной части чувствительного элемента и поверхность другой части чувствительного элемента, причем ось шарнира образована общей осью кручения перемычек относительно продольных осей перемычек. This goal is achieved in the known elastic hinge by the fact that two jumpers are formed in it, located on opposite sides of the axis of the sensing element parallel to its main surfaces and perpendicular to the hinge axis, the longitudinal axis of the jumpers are located along the hinge axis, located in each jumper with one side wall located on one main surface of the sensing element, the surface of one part of the sensing element and the surface of the other part of the sensing element, the second side wall of the enes disposed on the second major surface of the sensing element portion of one surface of the sensor and the surface of another part of the sensing element, wherein the hinge pin is formed by a torsion webs common axis relative to the longitudinal axes of jumpers.
В развитие упругого шарнира перемычки выполнены так, что их основными поверхностями образованы с проходящей через ось шарнира перпендикулярно основным поверхностям чувствительного элемента плоскостью углы, расположенные по разные стороны от вышеуказанной плоскости. In development of the elastic hinge, the jumpers are made so that their main surfaces are formed by angles located on different sides of the above plane from the plane passing through the axis of the hinge perpendicular to the main surfaces of the sensing element.
Путем расположения продольных осей перемычек вдоль оси шарнира, соединения в каждой перемычке одной боковой стенкой расположенных на одной основной поверхности чувствительного элемента поверхности одной части чувствительного элемента и поверхности другой части чувствительного элемента, соединения второй боковой стенкой расположенных на второй основной поверхности чувствительного элемента поверхности одной части чувствительного элемента и поверхности второй части чувствительного элемента достигается то, что стравливаемые поверхности образуют друг с другом внутренние, меньшие 180o углы, в которых не образуется подтрав при анизотропном травлении кремния. В результате того, что в местах соединения упругих перемычек с частями чувствительного элемента не образуется подтрав, повышается прочность упругого шарнира при обеспечении расчетной жесткости.By arranging the longitudinal axes of the jumpers along the axis of the hinge, connecting in each jumper one side wall of the surface of one part of the sensitive element and the surface of the other part of the sensitive element located on one main surface of the sensitive element, connecting the second side wall of the surface of one part of the sensitive located on the second main surface of the sensitive element element and the surface of the second part of the sensing element is achieved that The properties form with each other internal, smaller than 180 ° angles at which no etching is formed during anisotropic etching of silicon. As a result of the fact that at the junction of the elastic jumpers with parts of the sensitive element no undercutting is formed, the strength of the elastic hinge increases while ensuring the calculated stiffness.
На фиг.1 показан вид упругого шарнира с частями чувствительного элемента с одной основной поверхности чувствительного элемента акселерометра. Figure 1 shows a view of an elastic hinge with parts of the sensor element from one main surface of the sensor element of the accelerometer.
На фиг.2 представлен вид упругого шарнира с частями чувствительного элемента со второй поверхности чувствительного элемента акселерометра. Figure 2 presents a view of an elastic hinge with parts of the sensing element from the second surface of the sensing element of the accelerometer.
На фиг. 3 дан разрез одной перемычки упругого шарнира в соответствии с фиг.1. In FIG. 3 shows a section through one jumper of an elastic joint in accordance with FIG.
Фиг.4 представляет вид выполненного дальнейшего развития упругого шарнира с частями чувствительного элемента вибрационного гироскопа. Figure 4 is a view of a further development of the elastic hinge with parts of the sensing element of the vibrating gyroscope.
На фиг. 5 дан разрез одной перемычки упругого шарнира в соответствии с фиг.4. In FIG. 5 is a sectional view of one bridge of the elastic joint in accordance with FIG. 4.
На фиг.6 представлен разрез второй перемычки упругого шарнира в соответствии с фиг.4. Figure 6 presents a section of the second bridge of the elastic hinge in accordance with figure 4.
Чувствительный элемент 1 (фиг. 1) такого преобразователя инерциальной информации как акселерометр содержит первую часть 2 и вторую часть 3, соединенные между собой перемычками 4 и 5. The sensing element 1 (Fig. 1) of such an inertial information converter as an accelerometer comprises a
Со стороны первой основной поверхности 6 чувствительного элемента 1 расположены первая основная поверхность 7 и первая боковая стенка 8 перемычки 4, первая основная поверхность 9 и первая боковая стенка 10 перемычки 5. Первыми боковыми стенками 8 и 9 соединены поверхности первой части 2 и второй части 3 чувствительного элемента, расположенные на первой основной поверхности 6 чувствительного элемента 1. From the side of the first main surface 6 of the sensing element 1, the first
Со стороны второй основной поверхности 11 чувствительного элемента 1 (фиг. 2) расположены вторая основная поверхность 12 и вторая боковая стенка 13 перемычки 4, вторая основная поверхность 14 и вторая боковая стенка 15 перемычки 5. Вторыми боковыми стенками 13 и 15 соединены поверхности первой части 2 и второй части 3 чувствительного элемента 1, расположенные на второй основной поверхности 11 чувствительного элемента 1. The second
Продольная ось 16-16 перемычки 4 расположена вдоль ее боковых стенок 8, 13 параллельно им, а продольная ось 17-17 перемычки 5 расположена вдоль ее боковых стенок 10, 15 параллельна им. Ось шарнира 18-18 образована общей осью кручения перемычки 4 относительно продольной оси 16-16 и перемычки 5 относительно продольной оси 17-17. Ось 19-19 чувствительного элемента 1 перпендикулярна оси шарнира 18-18. Перемычки 4, 5 расположены по разные стороны от оси 19-19 чувствительного элемента 1. The longitudinal axis 16-16 of the
Каждая из основных поверхностей 7, 12 перемычки 4 с каждой из основных поверхностей 6, 11 чувствительного элемента 1 образует угол α, равный углу кристаллической решетки кремния и составляющий 54, 74o (фиг.3). Аналогично относительно основных поверхностей 6, 11 чувствительного элемента 1 расположены основные поверхности 9, 15 перемычки 5.Each of the
Центры масс первой части 2 и второй части 3 чувствительного элемента 1 расположены на оси 19-19 ниже оси шарнира 18-18. The centers of mass of the
Чувствительный элемент 20 (фиг.4) такого преобразователя инерциальной информации как вибрационный гироскоп с осью шарнира 21-21, перпендикулярной ему осью симметрии 22-22 и первой основной поверхностью 23 содержит первую часть 24 и вторую часть 25. The sensing element 20 (Fig. 4) of such an inertial information converter as a vibration gyroscope with a hinge axis 21-21 perpendicular to it with an axis of symmetry 22-22 and a first
Перемычка 26 имеет первую основную поверхность 27 и боковые стенки 28, 29, у перемычки 30 имеются первая основная поверхность 31 и боковые стенки 32, 33. Продольные оси перемычек 26, 30 расположены вдоль боковых стенок 28, 29, 32, 33 параллельно им и образуют общую ось кручения, совпадающую с осью шарнира 21-21. Перемычками 29, 30 соединены первая часть 24 и вторая часть 25 чувствительного элемента 20. Первая часть 24 и вторая часть 25 чувствительного элемента 20 выполнены симметричными относительно оси шарнира 21-21. The
Первая основная поверхность 27 и вторая основная поверхность 34 перемычки 26 образуют угол b1 с плоскостью, перпендикулярной первой основной поверхности 23 и второй основной поверхности 35 чувствительного элемента 20, проекция которой представлена линией 36-36 на фиг.5.The first
Первая основная поверхность 31 и вторая основная поверхность 37 перемычки 30 образует угол β2 с проекцией 36-36 плоскости, перпендикулярной первой основной поверхности 23 и второй основной поверхности 35 чувствительного элемента 20 (фиг.6).The first
Углы β1 и β2 расположены по разные стороны от проекции 36-36, перпендикулярной основными поверхностям чувствительного элемента 20 плоскости. Угол β1 равен углу β2.The angles β 1 and β 2 are located on different sides from the projection 36-36, perpendicular to the main surfaces of the
Чувствительный элемент 1 вместе с первой частью 2, второй частью 3 и перемычками 4, 5, а также чувствительный элемент 20 вместе с первой частью 24, второй частью 25 и перемычками 26, 30 выполнен из монокристаллического кремния методом анизотропного травления. The sensing element 1 together with the
Упругий шарнир работает следующим образом. В чувствительном элементе 1 (фиг. 1) акселерометра при закрепленной неподвижной первой части 2 и свободной второй части 3 при наличии ускорения, вектор которого перпендикулярен основным поверхностям 6, 11 чувствительного элемента 1, на вторую часть 3 действует инерционная сила, пропорциональная ускорению. Под действием инерционной силы относительно оси шарнира 18-18 возникает момент, так как центр масс второй части 3 чувствительного элемента 1 расположен ниже оси шарнира 18-18. При этом возникает деформация кручения перемычек 4, 5 упругого шарнира относительно их продольных осей 16-16 и 17-17 и происходит угловое перемещение относительно оси шарнира 18-18 второй части 3 чувствительного элемента 1, которое измеряется с помощью датчиков положения, например, емкостного типа, акселерометра. The elastic hinge works as follows. In the sensor 1 (Fig. 1) of the accelerometer, when the stationary
Если в чувствительном элементе 20 вибрационного гироскопа (фиг.4) первой части 24 придать угловые колебания относительно оси 22-22, то при наличии угловой скорости, вектор которой направлен перпендикулярно основным поверхностям 23, 35 чувствительного элемента 20, на вторую часть 25 действует переменный гироскопический момент, вектор которого направлен по оси шарнира 21-21. Под действием гироскопического момента происходит деформация кручения перемычек 26, 30 и угловое перемещение второй части 25 чувствительного элемента 20 относительно оси шарнира 21-21. Угловое перемещение второй части 25, пропорциональное угловой скорости, измеряется с помощью датчиков положения, например, емкостного типа, вибрационного гироскопа. If angular vibrations are given in the
Claims (2)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU96107818A RU2099717C1 (en) | 1996-04-16 | 1996-04-16 | Flexible hinge |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU96107818A RU2099717C1 (en) | 1996-04-16 | 1996-04-16 | Flexible hinge |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2099717C1 true RU2099717C1 (en) | 1997-12-20 |
RU96107818A RU96107818A (en) | 1997-12-27 |
Family
ID=20179616
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU96107818A RU2099717C1 (en) | 1996-04-16 | 1996-04-16 | Flexible hinge |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2099717C1 (en) |
-
1996
- 1996-04-16 RU RU96107818A patent/RU2099717C1/en active
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
1. GB, патент, 2162317, кл. G 01 P 15/13, 1985. 2. US, патент, 4744248, кл. G 01 P 9/04, 1988. * |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US6513380B2 (en) | MEMS sensor with single central anchor and motion-limiting connection geometry | |
KR100936638B1 (en) | Oscillating micro-mechanical sensor of angular velocity | |
EP3044542B1 (en) | Improved gyroscope structure and gyroscope | |
CN110617809B (en) | MEMS angular velocity sensor with in-phase drive and sense motion suppression | |
US10894713B2 (en) | Temperature-compensated micro-electromechanical device, and method of temperature compensation in a micro-electromechanical device | |
US9315376B2 (en) | Planar structure for a triaxial gyrometer | |
US11015933B2 (en) | Micromechanical detection structure for a MEMS sensor device, in particular a MEMS gyroscope, with improved driving features | |
US6474160B1 (en) | Counterbalanced silicon tuned multiple accelerometer-gyro | |
US20180180419A1 (en) | Inertial sensor with motion limit structure | |
JP2000074673A (en) | Compound movement sensor | |
RU2099717C1 (en) | Flexible hinge | |
JP3178137B2 (en) | Vibrator support structure | |
RU2018133C1 (en) | Inertial primary information sensor | |
CN217404317U (en) | Micro-electro-mechanical system accelerometer and apparatus | |
RU2748290C1 (en) | Micromechanical accelerometer sensor element | |
JP7258133B2 (en) | Angular velocity sensor and sensor element | |
RU2684427C1 (en) | Sensitive element of a microelectromechanical angular speed sensor | |
RU2073209C1 (en) | Vibratory gyro | |
RU2047863C1 (en) | Sensitive element of accelerometer | |
RU2119645C1 (en) | Inertial primary information sensor | |
RU18768U1 (en) | MICROMECHANICAL VIBRATION GYROSCOPE | |
JP3129022B2 (en) | Acceleration sensor | |
SU1161881A1 (en) | Accelerometer with surface acoustic wave transducer | |
JPS63172914A (en) | Gyro device | |
RU96107818A (en) | ELASTIC HINGE |