RU2517787C1 - Наноэлектромеханическая система для измерения параметров движения и способ ее изготовления - Google Patents
Наноэлектромеханическая система для измерения параметров движения и способ ее изготовления Download PDFInfo
- Publication number
- RU2517787C1 RU2517787C1 RU2012147556/28A RU2012147556A RU2517787C1 RU 2517787 C1 RU2517787 C1 RU 2517787C1 RU 2012147556/28 A RU2012147556/28 A RU 2012147556/28A RU 2012147556 A RU2012147556 A RU 2012147556A RU 2517787 C1 RU2517787 C1 RU 2517787C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- base
- sensitive element
- permanent magnet
- active part
- active
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Measuring Magnetic Variables (AREA)
Abstract
Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в датчиках ускорения. Система для измерения параметров движения содержит первое твердотельное основание из немагнитного материала, на котором закреплен чувствительный элемент в виде консольной балки, состоящий из активной и пассивной частей, разделенных между собой канавкой. На свободном конце активной части размещен постоянный магнит, и соединенное с ним второе основание с магниторезистивным элементом. При этом активная часть чувствительного элемента расположена за пределами первого основания с размещением канавки вдоль ребра первого основания. Второе основание размещено со стороны активной части чувствительного элемента с расположением поверхности магниторезистивного элемента в плоскости, проходящей через постоянный магнит, причем магнитное поле магнита перпендикулярно направлению оси легкой намагниченности магниторезистивного элемента. Способ изготовления системы для измерения параметров движения заключается в формировании чувствительного элемента путем анизотропного жидкостного травления поперечной канавки в монокристаллическом кремнии, закреплении на свободном конце активной части чувствительного элемента постоянного магнита, закреплении пассивной части чувствительного элемента на первом основании, прикреплении второго основания с размещенным на нем магниторезистивным элементом к первому основанию со стороны активной части чувствительного элемента. Технический результат - повышение чувствительности измерительного прибора. 2 н. и 4 з.п. ф-лы, 2 ил.
Description
Изобретение относится к области приборостроения. Оно может быть использовано в датчиках ускорения.
Известен датчик измерения параметров движения - двухосный акселерометр на основе магниторезистивного преобразователя и полидиметилсилоксановой структуры, выполняющей роль пружины, на которой закреплен миниатюрный магнит [K.L. Phan, A. Mauritz and F.G.A. A novel elastomer-based magnetoresistive accelerometer. Sensors and Actuators A: Physical, Volumes 145-146, July-August 2008, Pages 109-115]. Чувствительный элемент представляет собой полимерную структуру в форме гриба, магнит изготовлен из полидиметилсилоксановой структуры и заполнен магнитным порошком. Отклонение магнита от положения равновесия под действием ускорения воспринимается магниторезистивным преобразователем и преобразуется в электрический сигнал.
Основным недостатком данной конструкции является сложность технологии получения полидиметилсилоксановой структуры, низкие измеряемые ускорения и низкие частоты.
Наиболее близким по совокупности существенных признаков (прототипом) изобретения является техническое решение датчика микроперемещений, описанное в заявке на изобретение РФ №95103486 (МПК H01L 27/20, опубл. 10.01.1997 г.). Интегральная схема датчика микроперемещений представляет собой чувствительный элемент, выполненный в виде консоли в объеме материала полупроводниковой подложки с постоянными магнитами, размещенными над структурами магниточувствительных элементов, сформированными в объеме материала дополнительной полупроводниковой подложки, образующей с первой конструктивно единое целое, причем постоянный магнит расположен на чувствительном элементе.
С существенными признаками заявляемого изобретения совпадают следующие существенные признаки прототипа: выполнение составным из двух оснований, одно из которых содержит чувствительный элемент в виде консоли и размещенный на нем постоянный магнит, а другое - магниточувствительный элемент, постоянный магнит размещен над магниточувствительным элементом.
Получению требуемого технического результата препятствуют конструктивное и технологическое исполнение чувствительного элемента в объеме полупроводникового материала подложки, влияющее на порог чувствительности из-за повышенного уровня шума, свойственного полупроводниковым структурам.
Задачей изобретения является повышение потребительских характеристик наноэлектромеханических систем для измерения параметров движения и соответствующих способов изготовления.
Технический результат заключается в расширении динамического диапазона измерений, снижении порога чувствительности системы, упрощении изготовления системы, возможности использования более широкого спектра готовых элементов.
Для достижения вышеуказанного технического результата по первому объекту изобретения система для измерения параметров движения содержит первое твердотельное основание из немагнитного материала, на котором закреплен чувствительный элемент в виде консольной балки, состоящий из активной и пассивной частей, разделенных между собой канавкой, на свободном конце активной части чувствительного элемента размещен постоянный магнит, и соединенное с ним второе основание с магниторезистивным элементом, при этом пассивная часть чувствительного элемента в виде консольной балки закреплена на первом основании, а активная часть чувствительного элемента в виде консольной балки расположена за пределами первого основания с размещением канавки вдоль ребра первого основания, второе основание размещено со стороны активной части чувствительного элемента с расположением поверхности магниторезистивного элемента в плоскости, проходящей через постоянный магнит, расположенный на свободном конце активной части чувствительного элемента, причем магнитное поле постоянного магнита перпендикулярно направлению оси легкой намагниченности магниторезистивного элемента.
В частных случаях выполнения изобретения по первому объекту второе основание выполнено в виде монтажной платы с наклеенным магниторезистивным элементом.
В частных случаях выполнения изобретения по первому объекту система дополнительно содержит схему усиления, размещенную на втором основании.
В частных случаях выполнения изобретения по первому объекту первое твердотельное основание выполнено кубической формы.
Для достижения вышеуказанного технического результата по второму объекту изобретения способ изготовления системы для измерения параметров движения заключается в формировании чувствительного элемента в виде консольной балки, состоящего из активной и пассивной частей, путем анизотропного жидкостного травления поперечной канавки в монокристаллическом кремнии, разделяющей активную и пассивную части чувствительного элемента, закреплении на свободном конце активной части чувствительного элемента постоянного магнита, закреплении пассивной части чувствительного элемента в виде консольной балки на первом основании с размещением канавки вдоль ребра первого основания, прикреплении второго основания с размещенным на нем магниторезистивным элементом к первому основанию со стороны активной части чувствительного элемента с расположением поверхности магниторезистивного элемента в плоскости, проходящей через постоянный магнит, расположенный на свободном конце активной части чувствительного элемента, и направлением магнитного поля постоянного магнита перпендикулярно направлению оси легкой намагниченности магниторезистивного элемента.
В частных случаях выполнения изобретения по второму объекту закрепление элементов производят путем приклеивания.
От прототипа система отличается тем, что чувствительный элемент, в виде консольной балки, состоит из активной и пассивной частей, разделенных между собой канавкой, при этом пассивная часть чувствительного элемента в виде консольной балки закреплена на первом основании, а активная часть чувствительного элемента в виде консольной балки расположена за пределами первого основания с размещением канавки вдоль ребра первого основания, также второе основание размещено со стороны активной части чувствительного элемента с расположением поверхности магниторезистивного элемента в плоскости, проходящей через постоянный магнит, расположенный на свободном конце активной части чувствительного элемента, причем магнитное поле постоянного магнита перпендикулярно направлению оси легкой намагниченности магниторезистивного элемента. По способу изготовления заявляемое изобретение отличается от прототипа способом формирования чувствительного элемента путем анизотропного жидкостного травления поперечной канавки в монокристаллическом кремнии, разделяющей активную и пассивную части чувствительного элемента; закреплением пассивной части чувствительного элемента в виде консольной балки на первом основании с размещением канавки вдоль ребра первого основания, прикреплением второго основания с размещенным на нем магниторезистивным элементом к первому основанию со стороны активной части чувствительного элемента с расположением поверхности магниторезистивного элемента в плоскости, проходящей через постоянный магнит, расположенный на свободном конце активной части чувствительного элемента, и направлением магнитного поля постоянного магнита перпендикулярно направлению оси легкой намагниченности магниторезистивного элемента.
Между совокупностью существенных признаков и достигаемым техническим результатом существует причинно-следственная связь.
Формирование канавки на чувствительном элементе в виде консольной балки, разделяющей чувствительный элемент на пассивную и активную части, приводит к более точному позиционированию чувствительного элемента на первом основании, т.к. канавка размещается вдоль ребра первого основания.
Наличие канавки приводит к увеличению чувствительности элемента, выполненного в виде консольной балки, т.к. обеспечивает более легкую подвижность активной части. Расположение поверхности магниторезистивного элемента в плоскости, проходящей через постоянный магнит, расположенный на свободном конце активной части чувствительного элемента, с направлением магнитного поля постоянного магнита перпендикулярно направлению оси легкой намагниченности магниторезистивного элемента, обеспечивает повышенную чувствительность магниторезистивного элемента. Таким образом, получается синергетический эффект по повышению чувствительности за счет формирования канавки и размещения магниторезистивного элемента.
Изобретение поясняется чертежами, где
на фиг.1 представлена система для измерения параметров движения в аксонометрии,
на фиг.2 представлена схема по фиг.1 вид сбоку.
Система для измерения параметров движения содержит первое твердотельное основание 1 из немагнитного материала, и соединенное с ним второе основание 2 (фиг.1, 2). На первом основании 1 закреплен чувствительный элемент 3, в виде консольной балки, состоящий из активной 4 и пассивной 5 частей, разделенных между собой канавкой 6. Пассивная часть 5 чувствительного элемента в виде консольной балки 3 закреплена на первом основании 1, а активная часть чувствительного элемента 4 расположена за пределами первого основания 1 с размещением канавки 6 вдоль ребра первого основания l. Ha свободном конце активной части 4 чувствительного элемента 3 размещен постоянный магнит 7.
На втором основании 2 размещен магниторезистивный элемент 8. Второе основание 2 размещено со стороны активной части 4 чувствительного элемента 3 с расположением поверхности магниторезистивного элемента 8 в плоскости, проходящей через постоянный магнит 7, расположенный на свободном конце активной части 4 чувствительного элемента 3. Магнитное поле постоянного магнита 7 перпендикулярно направлению оси легкой намагниченности магниторезистивного элемента 8.
Чувствительный элемент 3 в виде консольной балки представляет собой прямоугольный модуль из монокристаллического кремния с поперечным углублением заданных размеров, полученным методом анизотропного жидкостного травления в растворе КОН с образованием канавки 6.
Преобразовательный магниторезистивный элемент 8 изготавливается на подложке монокристаллического кремния. Вначале формируется первая магниторезистивная структура с направлением оси легкой намагниченности, определяемым направлением постоянного магнитного поля при напылении, а затем, после защиты первой магниторезистивной наноструктуры, в перпендикулярном, относительно первого напыления, направлении постоянного магнитного поля напыляется вторая магниторезистивная микроструктура с перпендикулярным направлением оси легкой намагниченности, представляющая собой микромагниты, служащие для увеличения чувствительности магниторезистивного преобразователя. После травления защитного слоя формируются магниточувствительные элементы мостовой схемы магниторезистивного преобразователя, защитные и проводящие слои.
Твердотельное основание 1 изготавливается из немагнитного материала методом механической обработки.
Второе основание изготавливается в виде монтажной платы на основе стеклотекстолита FR4 с толщиной фольги 35 мкм.
Постоянный магнит 7 выбирается таким образом, чтобы обеспечивать смещение поля магнитной индукции на преобразовательном магниторезистивном элементе 8 от 1 до 5 мТл.
Процесс сборки конструкции включает в себя следующие операции:
- формирование чувствительного элемента 3 в виде консольной балки, состоящего из активной 4 и пассивной частей 5, путем анизотропного жидкостного травления поперечной канавки 6 в монокристаллическом кремнии, разделяющей активную и пассивную части чувствительного элемента,
- закрепление на свободном конце активной части 4 чувствительного элемента 3 постоянного магнита 7,
- закрепление пассивной части 5 чувствительного элемента 3 на первом основании 1 с размещением канавки 6 вдоль ребра первого основания 1,
- размещение магниторезистивного элемента 8 на втором основании 2,
- присоединение второго основания 2 с размещенным на нем магниторезистивным элементом 8 к первому основанию 1 со стороны активной части 4 чувствительного элемента 3 с расположением поверхности магниторезистивного элемента 8 в плоскости, проходящей через постоянный магнит 7, и направлением магнитного поля постоянного магнита 7 перпендикулярно направлению оси легкой намагниченности магниторезистивного элемента 8.
Для закрепления и соединения элементов можно использовать клей ВК-9 г.
Claims (6)
1. Система для измерения параметров движения, содержащая первое твердотельное основание из немагнитного материала, на котором закреплен чувствительный элемент, в виде консольной балки, состоящий из активной и пассивной частей, разделенных между собой канавкой, на свободном конце активной части чувствительного элемента размещен постоянный магнит, и соединенное с ним второе основание с магниторезистивным элементом, при этом пассивная часть чувствительного элемента в виде консольной балки закреплена на первом основании, а активная часть чувствительного элемента в виде консольной балки расположена за пределами первого основания с размещением канавки вдоль ребра первого основания, второе основание размещено со стороны активной части чувствительного элемента с расположением поверхности магниторезистивного элемента в плоскости, проходящей через постоянный магнит, расположенный на свободном конце активной части чувствительного элемента, причем магнитное поле постоянного магнита перпендикулярно направлению оси легкой намагниченности магниторезистивного элемента.
2. Система по п.1, отличающаяся тем, что второе основание выполнено в виде монтажной платы с наклеенным магниторезистивным элементом.
3. Система по п.1 или 2, отличающаяся тем, что дополнительно содержит схему усиления, размещенную на втором основании.
4. Система по п.1, отличающаяся тем, что первое твердотельное основание выполнено кубической формы.
5. Способ изготовления системы для измерения параметров движения, заключающийся в формировании чувствительного элемента в виде консольной балки, состоящего из активной и пассивной частей, путем анизотропного жидкостного травления поперечной канавки в монокристаллическом кремнии, разделяющей активную и пассивную части чувствительного элемента, закреплении на свободном конце активной части чувствительного элемента постоянного магнита, закреплении пассивной части чувствительного элемента в виде консольной балки на первом основании с размещением канавки вдоль ребра первого основания, прикреплении второго основания с размещенным на нем магниторезистивным элементом к первому основанию со стороны активной части чувствительного элемента с расположением поверхности магниторезистивного элемента в плоскости, проходящей через постоянный магнит, расположенный на свободном конце активной части чувствительного элемента, и направлением магнитного поля постоянного магнита перпендикулярно направлению оси легкой намагниченности магниторезистивного элемента.
6. Способ по п.5, отличающийся тем, что закрепление элементов производят путем приклеивания.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2012147556/28A RU2517787C1 (ru) | 2012-11-09 | 2012-11-09 | Наноэлектромеханическая система для измерения параметров движения и способ ее изготовления |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2012147556/28A RU2517787C1 (ru) | 2012-11-09 | 2012-11-09 | Наноэлектромеханическая система для измерения параметров движения и способ ее изготовления |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2012147556A RU2012147556A (ru) | 2014-05-20 |
| RU2517787C1 true RU2517787C1 (ru) | 2014-05-27 |
Family
ID=50695425
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2012147556/28A RU2517787C1 (ru) | 2012-11-09 | 2012-11-09 | Наноэлектромеханическая система для измерения параметров движения и способ ее изготовления |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2517787C1 (ru) |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU901912A1 (ru) * | 1978-10-30 | 1982-01-30 | Казанский инженерно-строительный институт | Предельный акселерометр (его варианты) |
| US5027657A (en) * | 1988-12-09 | 1991-07-02 | Alfred Teves Gmbh | Acceleration sensor with cantilevered bending beam |
| RU95103486A (ru) * | 1995-03-07 | 1997-01-10 | А.Г. Соколов | Интегральная схема датчика микроперемещений |
| UA25676U (en) * | 2007-06-13 | 2007-08-10 | Ltd Liability Company Innalabs | Compensated accelerometer with an optical angular position transducer |
| RU2313100C1 (ru) * | 2006-03-20 | 2007-12-20 | ФГУП НИИ Прикладной механики имени академика В.И. Кузнецова | Акселерометр |
| JP2009229362A (ja) * | 2008-03-25 | 2009-10-08 | Epson Toyocom Corp | 加速度検知ユニット、及び圧電サーボ式加速度センサ |
| DE102011002739A1 (de) * | 2011-01-17 | 2012-07-19 | Zf Friedrichshafen Ag | Verfahren zum Herstellen einer Sensorvorrichtung, Verfahren zum Herstellen einer Sensorbaugruppe, Sensorvorrichtung und Sensorbaugruppe |
-
2012
- 2012-11-09 RU RU2012147556/28A patent/RU2517787C1/ru active IP Right Revival
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU901912A1 (ru) * | 1978-10-30 | 1982-01-30 | Казанский инженерно-строительный институт | Предельный акселерометр (его варианты) |
| US5027657A (en) * | 1988-12-09 | 1991-07-02 | Alfred Teves Gmbh | Acceleration sensor with cantilevered bending beam |
| RU95103486A (ru) * | 1995-03-07 | 1997-01-10 | А.Г. Соколов | Интегральная схема датчика микроперемещений |
| RU2313100C1 (ru) * | 2006-03-20 | 2007-12-20 | ФГУП НИИ Прикладной механики имени академика В.И. Кузнецова | Акселерометр |
| UA25676U (en) * | 2007-06-13 | 2007-08-10 | Ltd Liability Company Innalabs | Compensated accelerometer with an optical angular position transducer |
| JP2009229362A (ja) * | 2008-03-25 | 2009-10-08 | Epson Toyocom Corp | 加速度検知ユニット、及び圧電サーボ式加速度センサ |
| DE102011002739A1 (de) * | 2011-01-17 | 2012-07-19 | Zf Friedrichshafen Ag | Verfahren zum Herstellen einer Sensorvorrichtung, Verfahren zum Herstellen einer Sensorbaugruppe, Sensorvorrichtung und Sensorbaugruppe |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| US 2010083760 (HONEYWELL INT INC ), 08.04.2010. US 5359286 (BOSCH GMBH ROBERT), 25.10.1994. * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2012147556A (ru) | 2014-05-20 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN109883456B (zh) | 一种磁电阻惯性传感器芯片 | |
| US7453269B2 (en) | Magnetic MEMS sensor device | |
| US8486723B1 (en) | Three axis magnetic sensor device and method | |
| US9016126B2 (en) | MEMS accelerometer having a flux concentrator between parallel magnets | |
| US9299925B2 (en) | Multi-purpose sensor | |
| US8122767B2 (en) | D'arsonval movement mems accelerometer | |
| CN102981131B (zh) | 基于主辅线圈双重激励的低噪声微型平面磁通门传感器 | |
| JP2016531300A (ja) | 単一チップｚ軸線形磁気抵抗センサ | |
| US20100180681A1 (en) | System and method for increased flux density d'arsonval mems accelerometer | |
| CN101515026A (zh) | 谐振式微机电系统磁场传感器及测量方法 | |
| CN203480009U (zh) | 一种单芯片z轴线性磁电阻传感器 | |
| US7997136B2 (en) | MEMS force balance accelerometer | |
| EP3087399A1 (en) | Accelerometers | |
| JP2013501240A5 (ru) | ||
| JP2009511907A (ja) | 微小電子機械磁力計 | |
| RU2517787C1 (ru) | Наноэлектромеханическая система для измерения параметров движения и способ ее изготовления | |
| Yu et al. | A MEMS pressure sensor based on Hall effect | |
| RU2313100C1 (ru) | Акселерометр | |
| Streque et al. | Magnetostatic micro-actuator based on ultrasoft elastomeric membrane and copper—Permalloy electrodeposited structures | |
| RU2568148C1 (ru) | Магниторезистивный преобразователь | |
| Ettelt et al. | A novel microfabricated high precision vector magnetometer | |
| RU2470410C2 (ru) | Способ изготовления микросистемы контроля трех компонент вектора магнитной индукции | |
| Baranov et al. | Analysis of MEMS fluxgate design for vibration and impact | |
| Andò et al. | A friction less accelerometer exploiting a magnetic levitating mechanism and an inductive readout strategy | |
| Ghosh et al. | An ultra-sensitive piezoelectric-on-silicon flapping mode MEMS lateral field magnetometer |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20151110 |
|
| NF4A | Reinstatement of patent |
Effective date: 20160727 |