RU2231795C1

RU2231795C1 - Sensitive element of integrated accelerometer

Info

Publication number: RU2231795C1
Application number: RU2002133538/28A
Authority: RU
Inventors: С.Ф. Былинкин (RU); С.Ф. Былинкин; И.В. Вавилов (RU); И.В. Вавилов; С.Г. Миронов (RU); С.Г. Миронов
Original assignee: Открытое акционерное общество Арзамасское научно-производственное предприятие "Темп-Авиа"
Priority date: 2002-12-10
Filing date: 2002-12-10
Publication date: 2004-06-27

Abstract

FIELD: measurement technology.

SUBSTANCE: sensitive element of integrated accelerometer is made of conductive monocrystlline silicon and has pendulum 3 connected by means of springy suspensions 2 with frame 1 and central anchoring support 5 joined to immobile base 6 which is linked to frame 1 with the help pg cantilever 4.

EFFECT: diminished influence of temperature stresses on zero position of pendulum.

2 dwg

Description

Изобретение относится к измерительной технике и может применяться в интегральных акселерометрах и микрогироскопах.The invention relates to measuring technique and can be used in integrated accelerometers and microgyroscopes.

Известен чувствительный элемент интегрального акселерометра [1], который содержит маятник и упругие подвесы, соединяющие маятник с рамкой чувствительного элемента, которая крепится к основанию в нескольких точках.Known sensitive element of the integrated accelerometer [1], which contains a pendulum and elastic suspensions connecting the pendulum with the frame of the sensing element, which is attached to the base at several points.

Недостатком такого чувствительного элемента является низкая точность, связанная с возникновением контактных напряжений в местах крепления рамки чувствительного элемента.The disadvantage of this sensitive element is the low accuracy associated with the occurrence of contact stresses in the places of attachment of the frame of the sensitive element.

Известен также чувствительный элемент интегрального акселерометра [2], содержащий кремниевый проводящий маятник, соединенный с помощью упругих подвесов с рамкой, которая одновременно выполняет роль жесткого каркаса чувствительного элемента, при этом опорные крепления для анодного соединения чувствительного элемента с неподвижным основанием акселерометра расположены на рамке.A sensor element of an integrated accelerometer [2] is also known, which contains a silicon conductive pendulum connected by elastic suspensions to a frame that simultaneously acts as a rigid frame of the sensor element, while the support fixtures for the anode connection of the sensor element with the stationary base of the accelerometer are located on the frame.

Недостатком данного устройства является нестабильность смещения нулевого сигнала вследствие высокого уровня контактных напряжений, возникающих в местах расположения опор крепления, а следовательно, снижается точность прибора в целом.The disadvantage of this device is the instability of the bias of the zero signal due to the high level of contact stresses occurring at the locations of the mounting supports, and therefore, the accuracy of the device as a whole decreases.

Задачей, на решение которой направлено данное изобретение, является снижение контактных напряжений в рамке чувствительного элемента, как следствие, повышение точности акселерометра.The problem to which this invention is directed is to reduce contact stresses in the frame of the sensing element, as a result, increase the accuracy of the accelerometer.

Для достижения поставленной задачи в чувствительный элемент интегрального акселерометра, содержащий кремниевый проводящий маятник, соединенный упругими подвесами с каркасной рамкой, согласно изобретению введена центральная опора крепления, жестко соединенная с неподвижным основанием акселерометра, помещенная в центре тяжести маятника и отделенная от него равномерным зазором, и консольная балка, одним концом жестко соединенная с центральной опорой крепления, а другим с каркасной рамкой, при этом неподвижное основание акселерометра отделено от каркасной рамки, маятника и консольной балки зазором.To achieve the task, a central mounting support rigidly connected to the fixed base of the accelerometer, placed at the center of gravity of the pendulum and separated from it by a uniform gap, and a cantilever, are introduced into the sensitive element of the integrated accelerometer containing a silicon conductive pendulum connected by elastic suspensions to the frame frame beam, one end rigidly connected to the central support of the mount, and the other to the frame frame, while the fixed base of the accelerometer separated from the frame, pendulum and cantilever beam by a gap.

Существенным отличием заявленного устройства по сравнению с известным является то, что крепление чувствительного элемента интегрального акселерометра к неподвижному основанию осуществляется не с помощью нескольких (три и более) опор, размещенных по контуру каркасной рамки, а только с помощью одной центральной опоры крепления, соединенной с каркасной рамкой консольной балкой и отделенной от маятника равномерным зазором. Исключение нескольких точек крепления каркасной рамки, по сравнению с прототипом, резко снижает чувствительность к различным вредным воздействиям, тем самым повышается точность прибора в целом.A significant difference of the claimed device in comparison with the known one is that the fastening of the sensitive element of the integrated accelerometer to the fixed base is carried out not with the help of several (three or more) supports placed along the contour of the frame, but only with the help of one central mounting support connected to the frame frame cantilever beam and separated from the pendulum by a uniform gap. The exception of several points of attachment of the frame frame, in comparison with the prototype, dramatically reduces sensitivity to various harmful effects, thereby increasing the accuracy of the device as a whole.

Предлагаемый чувствительный элемент интегрального акселерометра иллюстрируется чертежами, представленными на фиг.1 и 2. На каркасной рамке 1 с помощью упругих подвесов 2 подвешен маятник 3 в виде прямоугольной пластины с вырезом в центре. Вырез в центре предназначен для размещения центральной опоры 5 крепления, соединенной с каркасной рамкой 1 консолью 4. От маятника 3 центральная опора 5 крепления и консольная балка 4 отделены равномерным зазором. Все перечисленные узлы представляют одну монолитную деталь, выполненную из проводящего кремния с помощью анизотропного травления по фотошаблонам. Центральная опора 5 жестко соединяется с неподвижным основанием 6 акселерометра (см. фиг.2). Центр тяжести маятника 3 при температурных расширениях чувствительного элемента всегда остается неподвижным относительно точки закрепления, поскольку удлинения со стороны подвесов 2 и со стороны консольной балки 4 направлены в разные стороны.The proposed sensitive element of the integrated accelerometer is illustrated by the drawings shown in figures 1 and 2. On the frame frame 1 with the help of elastic suspensions 2 the pendulum 3 is suspended in the form of a rectangular plate with a cutout in the center. The cutout in the center is designed to accommodate the central mounting support 5 connected to the frame frame 1 by the console 4. From the pendulum 3, the central mounting support 5 and the cantilever beam 4 are separated by a uniform gap. All of these nodes represent one monolithic part made of conductive silicon using anisotropic etching on photo masks. The central support 5 is rigidly connected to the fixed base 6 of the accelerometer (see figure 2). The center of gravity of the pendulum 3 with temperature extensions of the sensing element always remains stationary relative to the fixing point, since the extensions from the side of the suspensions 2 and from the side of the cantilever beam 4 are directed in different directions.

Устройство работает следующим образом. При действии ускорения вдоль оси, перпендикулярной к плоскости чертежа, маятник 3 поворачивается на угол, определяемый свойствами упругих элементов 2 и величиной измеряемого ускорения, и, измеряя отклонение маятника 3, можно судить о величине воздействующего ускорения.The device operates as follows. Under the action of acceleration along an axis perpendicular to the plane of the drawing, the pendulum 3 rotates through an angle determined by the properties of the elastic elements 2 and the measured acceleration, and by measuring the deviation of the pendulum 3, one can judge the magnitude of the acting acceleration.

Каркасная рамка 1 не имеет размещенных на ней опор крепления, напряжения в рамке 1 отсутствуют. Кроме того, поскольку каркасная рамка 1 соединена с опорой 5 крепления консольной балкой 4, то возможные напряжения, возникающие при изменении температуры, от точки крепления к упругим подвесам 2 не передаются. Отмеченные свойства подтверждают преимущества заявляемого изобретения перед известными решениями.Frame frame 1 does not have mounting supports placed on it; there are no stresses in frame 1. In addition, since the frame frame 1 is connected to the mounting support 5 by the cantilever beam 4, the possible stresses arising from a change in temperature are not transmitted from the attachment point to the elastic suspensions 2. The noted properties confirm the advantages of the claimed invention over known solutions.

Источники информацииSources of information

1. Патент России №2126161, М.кл. G 01 P 15/13, 27 июня 1994.1. Patent of Russia No. 2126161, M.cl. G 01 P 15/13, June 27, 1994.

2. Паршин В.Ф., Харитонов В.И. Особенности технологии мультисенсорных датчиков с нелегированными упругими подвесками // Датчики и системы. 2002. №2. С.22-24.2. Parshin V.F., Kharitonov V.I. Features of technology of multisensor sensors with unalloyed elastic suspensions // Sensors and systems. 2002. No2. S.22-24.

Claims

A sensor element of an integral accelerometer comprising a silicon conductive pendulum connected by elastic suspensions to a frame frame, characterized in that a central mounting support is inserted into the sensor element, rigidly connected to the fixed base of the accelerometer, placed at the center of gravity of the pendulum and separated from it by a uniform gap, and a cantilever beam, one end rigidly connected to the central support of the mount, and the other to the frame frame, while the fixed base of the accelerometer is separated by skeleton frame of the pendulum and the cantilever beam gap.