RU2284528C1 - Linear acceleration micro-mechanical detector - Google Patents
Linear acceleration micro-mechanical detector Download PDFInfo
- Publication number
- RU2284528C1 RU2284528C1 RU2005109626/28A RU2005109626A RU2284528C1 RU 2284528 C1 RU2284528 C1 RU 2284528C1 RU 2005109626/28 A RU2005109626/28 A RU 2005109626/28A RU 2005109626 A RU2005109626 A RU 2005109626A RU 2284528 C1 RU2284528 C1 RU 2284528C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- frame
- stops
- elastic suspension
- meander
- bends
- Prior art date
Links
Landscapes
- Pressure Sensors (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к измерительной технике и может применяться для создания микромеханических датчиков линейных ускорений и гироскопов.The invention relates to measuring technique and can be used to create micromechanical linear acceleration sensors and gyroscopes.
Известно устройство для измерения линейных ускорений [1], которое имеет чувствительный элемент в виде монолитной конструкции, включающей подвешенный на двух параллельных упругих элементах маятник и внешнюю рамку, выполненную в форме кольца.A device for measuring linear accelerations [1] is known, which has a sensitive element in the form of a monolithic structure, including a pendulum suspended on two parallel elastic elements and an external frame made in the form of a ring.
Известен также микромеханический датчик линейных ускорений [2], который содержит чувствительный элемент маятникового типа, упругий подвес, соединяющий маятник с рамкой чувствительного элемента, выполняющей одновременно роль каркаса чувствительного элемента, на которой в зоне, близкой к упругому подвесу, выполнен внутренний изгиб, а также прямоугольные выступы с внешней стороны рамки для расположения упоров, которыми рамка крепится к основанию.Also known is a micromechanical linear acceleration sensor [2], which contains a pendulum-type sensitive element, an elastic suspension connecting the pendulum to the frame of the sensitive element, which simultaneously serves as the frame of the sensitive element, on which an internal bend is made in the area close to the elastic suspension, and rectangular protrusions on the outside of the frame for the location of the stops, which frame is attached to the base.
Перемещение поверхности детали согласно формуле Буссинеска:Moving the surface of a part according to the Boussinesq formula:
где y - перемещение поверхности; E - модуль упругости; ν - коэффициент Пуассона; Р - давление на контакт; r - расстояние от точки приложения сосредоточенной силы до заданного сечения; S - площадь контакта упоров.where y is the displacement of the surface; E is the modulus of elasticity; ν is the Poisson's ratio; P is the pressure on the contact; r is the distance from the point of application of the concentrated force to a given section; S is the contact area of the stops.
Напряжение в j-месте стыка упругих подвесов и упоров:The voltage at the j-junction of the elastic suspensions and stops:
где у0 - толщина упора.where y 0 is the thickness of the stop.
Тогда чувствительность к контактным напряжениям будет:Then the sensitivity to contact voltages will be:
Таким образом, чувствительность конструкции к контактным напряжением определяется площадью контакта и удаленностью места заделки упругого подвеса от силового контакта.Thus, the sensitivity of the structure to contact stress is determined by the contact area and the remoteness of the place of incorporation of the elastic suspension from the force contact.
Недостатком известных устройств является нестабильность смещения нуля вследствие высокого уровня контактных напряжений, возникающих в местах крепления упоров, а следовательно, снижается точность прибора в целом. Кроме того, в устройстве [2] наличие одного внутреннего изгиба на рамке в зоне, близкой к упругому подвесу, не снижает дополнительных внутренних напряжений от воздействия внешних возмущающих факторов (например, температуры) и не повышает точности прибора.A disadvantage of the known devices is the instability of the zero offset due to the high level of contact stresses arising in the places of attachment of the stops, and therefore, the accuracy of the device as a whole is reduced. In addition, in the device [2] the presence of one internal bend on the frame in the zone close to the elastic suspension does not reduce additional internal stresses from the influence of external disturbing factors (for example, temperature) and does not increase the accuracy of the device.
Задачей, на решение которой направлено изобретение, является повышение точности прибора за счет снижения нестабильности нуля путем уменьшения влияния контактных напряжений на упругий подвес чувствительного элемента.The problem to which the invention is directed, is to increase the accuracy of the device by reducing the instability of zero by reducing the influence of contact stresses on the elastic suspension of the sensing element.
Поставленная задача решается за счет того, что в микромеханическом датчике линейных ускорений, содержащем чувствительный элемент маятникового типа, упругий подвес, соединяющий маятник с рамкой чувствительного элемента с расположенными на ней упорами для крепления рамки к основанию и внутренним изгибом в зоне упругого подвеса, согласно изобретению рамка чувствительного элемента на участках между упорами, а также на участках между упорами и упругим подвесом выполнена в форме меандра с n количеством изгибов, при этом внешний и внутренний изгибы меандра одинаковы и симметричны относительно продольной оси симметрии чувствительного элемента, а ширина рамки постоянна.The problem is solved due to the fact that in the micromechanical linear acceleration sensor containing a pendulum-type sensitive element, an elastic suspension connecting the pendulum with the frame of the sensitive element with stops located on it for attaching the frame to the base and internal bending in the area of the elastic suspension, according to the invention, the frame the sensitive element in the areas between the stops, as well as in the areas between the stops and the elastic suspension, is made in the form of a meander with n number of bends, while the external and internal meander bends are the same and symmetrical with respect to the longitudinal axis of symmetry of the sensing element, and the frame width is constant.
Отличительным признаком заявленного изобретения является то, что рамка чувствительного элемента на участках между упорами, а также на участках между упорами и упругим подвесом имеет дополнительные изгибы, выполненные в форме меандра, при этом количество изгибов меандра равняется n при неизменном расположении мест крепления рамки чувствительного элемента к основанию и его габаритных размеров. Сам меандр выполнен с одинаковыми внешними и внутренними изгибами по всей длине при одинаковой ширине рамки и строго симметричным относительно продольной оси симметрии чувствительного элемента, тем самым увеличивается расстояние от мест крепления упоров до упругого подвеса, при этом габаритные размеры чувствительного элемента остаются неизменными, и, следовательно, исходя из условия (3), уменьшается влияние контактных напряжений на упругий подвес, за счет чего уменьшается нестабильность смещения нуля и, как следствие, повышается точность прибора в целом. Кроме того, выполнение рамки в форме меандра (с внутренним и внешним изгибами, т.е. равномерной по ширине по всей длине меандра), позволяет последней равномерно деформироваться от воздействия внешних факторов, а симметричное расположение - компенсировать до минимума вредные воздействия, тем самым опять же повышая точность.A distinctive feature of the claimed invention is that the frame of the sensitive element in the areas between the stops, as well as in the areas between the stops and the elastic suspension, has additional bends made in the shape of a meander, while the number of bends of the meander is equal to n with the location of the attachment points of the frame of the sensitive element to the base and its overall dimensions. The meander itself is made with the same external and internal bends along the entire length with the same frame width and strictly symmetrical with respect to the longitudinal axis of symmetry of the sensor, thereby increasing the distance from the attachment points of the stops to the elastic suspension, while the overall dimensions of the sensor remain unchanged, and therefore Based on condition (3), the effect of contact stresses on the elastic suspension decreases, due to which the instability of the zero bias decreases and, as a result, it increases precisely device as a whole. In addition, the implementation of the frame in the form of a meander (with internal and external bends, i.e. uniform in width along the entire length of the meander) allows the latter to be uniformly deformed from the influence of external factors, and a symmetrical arrangement can compensate for harmful effects to a minimum, thereby again increasing accuracy.
Предлагаемое изобретение иллюстрируется чертежом, на котором изображен один из возможных вариантов реализации изобретения.The invention is illustrated in the drawing, which shows one of the possible options for implementing the invention.
Предложенный микромеханический датчик содержит чувствительный элемент 1 маятникового типа, упругие подвесы 2 (подвес 2 может быть и один, как описано в формуле изобретения, что в данном случае несущественно), рамку 3 чувствительного элемента 1 и упоры 4. Чувствительный элемент 1 прикреплен к рамке 3 с помощью упругих подвесов 2. Рамка 3 с помощью упоров 4 крепится к основанию прибора (условно не показано). Рамка 3 в предложенном решении выполнена в форме меандра с n количеством изгибов 5, где n может равняться 4 и более изгибам, что определяется разрешающей способностью фотолитографии и анизотропного травления, а также ориентацией исходной пластины. Под меандром понимается такая форма рамки 3, когда она выполнена в виде прямоугольных выступов с внешней стороны рамки 3 и соответствующих этим выступам прямоугольных впадин с внутренней стороны при неизменной ширине рамки 3. При этом если сложить чувствительный элемент 1 по продольной оси симметрии соответственно, то изгибы 5 меандра, находящиеся на рамке 3, совмещаются друг с другом, т.е. обеспечивается симметрия относительно этой оси.The proposed micromechanical sensor contains a pendulum-type sensor 1, elastic suspensions 2 (there may be one suspension 2, as described in the claims, which is not essential in this case), the frame 3 of the sensor 1 and the stops 4. The sensor 1 is attached to the frame 3 using elastic suspensions 2. Frame 3 using stops 4 is attached to the base of the device (not shown conditionally). Frame 3 in the proposed solution is made in the form of a meander with n number of bends 5, where n can be equal to 4 or more bends, which is determined by the resolution of photolithography and anisotropic etching, as well as the orientation of the original plate. The meander is understood to mean such a shape of the frame 3 when it is made in the form of rectangular protrusions on the outer side of the frame 3 and corresponding to these protrusions of rectangular depressions on the inner side with a constant width of the frame 3. Moreover, if the sensitive element 1 is folded along the longitudinal axis of symmetry, respectively, then the bends 5 meander, located on the frame 3, are combined with each other, i.e. symmetry is provided about this axis.
Прямоугольные изгибы 5 расположены на рамке 3 на ее участке между упорами 4, причем в данном варианте реализации на рамке 3 между упорами 4 выполнено 8 изгибов 5, а на участке между упорами 4 и упругим подвесом 2 выполнено 4 изгиба 5, что в данном варианте реализации датчика в общем составляет 12 изгибов 5, выполненных на рамке 3 микромеханического датчика.Rectangular bends 5 are located on the frame 3 on its section between the stops 4, and in this embodiment, on the frame 3 between the stops 4 there are 8 bends 5, and in the section between the stops 4 and the elastic suspension 2 there are 4 bends 5, which in this embodiment the sensor in total is 12 bends 5, made on the frame 3 of the micromechanical sensor.
Микромеханический датчик может изготавливаться из монокристаллического кремния с ориентацией пластины <100>-<110> методом анизотропного травления и крепится к основанию, которое может выполняться, например, из стекла марки ЛК 105, методом анодной посадки.The micromechanical sensor can be made of monocrystalline silicon with the orientation of the plate <100> - <110> by anisotropic etching and is attached to the base, which can be made, for example, of LK 105 glass, by the anode landing method.
Работа устройства основана на хорошо известном принципе перемещения чувствительного элемента 1 под действием ускорения и измерения этого перемещения известными способами.The operation of the device is based on the well-known principle of moving the sensing element 1 under the action of acceleration and measuring this movement by known methods.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2005109626/28A RU2284528C1 (en) | 2005-04-04 | 2005-04-04 | Linear acceleration micro-mechanical detector |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2005109626/28A RU2284528C1 (en) | 2005-04-04 | 2005-04-04 | Linear acceleration micro-mechanical detector |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2284528C1 true RU2284528C1 (en) | 2006-09-27 |
Family
ID=37436585
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2005109626/28A RU2284528C1 (en) | 2005-04-04 | 2005-04-04 | Linear acceleration micro-mechanical detector |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2284528C1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2515378C1 (en) * | 2012-11-20 | 2014-05-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский университет "МИЭТ" (МИЭТ) | Micromechanical accelerometer |
| RU2795114C2 (en) * | 2020-10-21 | 2023-04-28 | Сергей Феодосьевич Коновалов | Pendulum compensation accelerometer |
-
2005
- 2005-04-04 RU RU2005109626/28A patent/RU2284528C1/en not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| КОНОВАЛОВ С.Ф. и др. Опыт разработки навигационных приборов на базе монокристалла кремния. Микросистемная техника, №4, 2001, с. 19-25. * |
| ПАРШИН В.А. и др. Особенности технологии мультисенсорных датчиков с нелегированными упругими подвесами. Датчики и системы, №2, 2002, с.22. * |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2515378C1 (en) * | 2012-11-20 | 2014-05-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский университет "МИЭТ" (МИЭТ) | Micromechanical accelerometer |
| RU2795114C2 (en) * | 2020-10-21 | 2023-04-28 | Сергей Феодосьевич Коновалов | Pendulum compensation accelerometer |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US6997054B2 (en) | Capacitance-type inertial detecting device | |
| US10866258B2 (en) | In-plane translational vibrating beam accelerometer with mechanical isolation and 4-fold symmetry | |
| EP2713169B1 (en) | Integrated resonant structure for the detection of acceleration and angular velocity, and related MEMS sensor device | |
| US8468887B2 (en) | Resonant accelerometer with low sensitivity to package stress | |
| US20200025792A1 (en) | Mechanically-isolated in-plane pendulous vibrating beam accelerometer | |
| US20100083756A1 (en) | Micromechanical Inertial Sensor for Measuring Rotation Rates | |
| US20130152684A1 (en) | Sensor for detecting acceleration and angular velocity | |
| US9766259B2 (en) | Compact device for detecting at least one acceleration and one speed of rotation | |
| CN107179074B (en) | Micromechanical detection structure with improved drive characteristics for a MEMS sensor device, in particular a MEMS gyroscope | |
| US7267005B1 (en) | SOI-MEMS gyroscope having three-fold symmetry | |
| US20120167685A1 (en) | In-plane capacitive mems accelerometer | |
| US11913808B2 (en) | Inertial sensor and method of inertial sensing with tuneable mode coupling strength | |
| US11287442B2 (en) | Continuous calibration of accelerometer sensitivity by proof-mass dithering | |
| JP2006308291A (en) | Vibration type piezoelectric acceleration sensor element, and vibration type piezoelectric acceleration sensor using it | |
| US8026714B2 (en) | Accelerometer with enhanced DC stability | |
| US20040035206A1 (en) | Microelectromechanical sensors having reduced signal bias errors and methods of manufacturing the same | |
| US11604207B2 (en) | High performance micro-electro-mechanical systems accelerometer with suspended sensor arrangement | |
| RU154143U1 (en) | SENSITIVE ELEMENT OF A MICROMECHANICAL ACCELEROMETER | |
| RU2284528C1 (en) | Linear acceleration micro-mechanical detector | |
| RU2379694C1 (en) | Micromechanical linear accelerometre | |
| Zou et al. | Micro-electro-mechanical resonant tilt sensor with 250 nano-radian resolution | |
| RU2265856C1 (en) | Micromechanical linear acceleration detector | |
| RU138627U1 (en) | SENSITIVE ELEMENT OF A MICROMECHANICAL ACCELEROMETER | |
| RU2379693C1 (en) | Sensitive element of integral accelerometre | |
| Xu et al. | An all-silicon double differential MEMS accelerometer with improved thermal stability |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20110405 |