RU2746762C1 - Micromechanical accelerometer with low sensitivity to thermomechanical influences - Google Patents
Micromechanical accelerometer with low sensitivity to thermomechanical influences Download PDFInfo
- Publication number
- RU2746762C1 RU2746762C1 RU2020130327A RU2020130327A RU2746762C1 RU 2746762 C1 RU2746762 C1 RU 2746762C1 RU 2020130327 A RU2020130327 A RU 2020130327A RU 2020130327 A RU2020130327 A RU 2020130327A RU 2746762 C1 RU2746762 C1 RU 2746762C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- additional support
- support frame
- outer frame
- glass plate
- frame
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
- G01P1/00—Details of instruments
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Pressure Sensors (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к измерительной технике и может применяться в микромеханических акселерометрах, микрогироскопах, интегральных датчиков давления.The invention relates to measuring technology and can be used in micromechanical accelerometers, microgyroscopes, integral pressure sensors.
Известно устройство, где чувствительный элемент (ЧЭ) датчика, изготовленный из монокристаллического кремния и боросиликатного стекла, закреплен на основании при помощи клея-герметика. Причем клей-герметик наносится произвольно на всю площадь поверхностей или ее каких-то частей [1].A device is known, where the sensitive element (SE) of the sensor, made of monocrystalline silicon and borosilicate glass, is fixed to the base using a glue sealant. Moreover, the adhesive sealant is applied arbitrarily to the entire surface area or some parts of it [1].
Недостатком данного устройства является то, что механические напряжение, возникающие в стеклянной подложке и кремниевом кристалле - маятнике с внешней рамкой приводят к значительным погрешностям микромеханического акселерометра. Так при производстве микромеханических акселерометров чувствительный элемент монтируется в корпусе совместно с электронным преобразователем. Причем простым приклеиванием поверхности ЧЭ к основанию корпуса с плоской поверхностью. Боросиликатное стекло, которое применяется для анодной сварки при изготовлении чувствительных элементов в частности для микромеханических акселерометров, имеет плохую теплопроводность по сравнению с кремнием. При воздействии температуры в стеклянной подложке генерируется относительно большое напряжение. Это относительно большое механическое напряжение приводит к погрешностям акселерометра, которое не могут быть компенсированы алгоритмически из-за временной зависимости переходного процесса. Другим недостатком является то, что наличие клея-герметика на стеклянной подложке, обращенной к приклеиваемой поверхности - основанию микромеханического акселерометра также создает напряжение. Такие напряжения зависят от температуры и влияют на чувствительность датчика и на смещение нулевого сигнала. Кроме того, область клеевого соединения должна быть достаточно большой, чтобы обеспечить прочность соединения от вибраций, ударов. А увеличение площади клеевого соединения повышает воздействие напряжений на чувствительный элемент датчика. Таким образом напряжения, вызванные разницей между коэффициентами теплового расширения кремния и боросиликатного стекла из которых изготовлен чувствительный элемент датчика, основания и клея- герметика увеличивают смещение нулевого сигнала акселерометра, а это уменьшает точность микромеханического акселерометра.The disadvantage of this device is that the mechanical stress arising in the glass substrate and silicon crystal - a pendulum with an outer frame lead to significant errors in the micromechanical accelerometer. So, in the production of micromechanical accelerometers, the sensitive element is mounted in the housing together with the electronic converter. Moreover, by simply gluing the surface of the SE to the base of the case with a flat surface. Borosilicate glass, which is used for anodic welding in the manufacture of sensitive elements, in particular for micromechanical accelerometers, has poor thermal conductivity compared to silicon. When exposed to temperature, a relatively high voltage is generated in the glass substrate. This relatively high mechanical stress leads to errors in the accelerometer that cannot be compensated for algorithmically due to the time dependence of the transient. Another disadvantage is that the presence of the adhesive sealant on the glass substrate facing the glued surface - the base of the micromechanical accelerometer - also creates stress. These voltages are temperature dependent and affect the sensitivity of the sensor and the offset of the zero signal. In addition, the area of the glued joint must be large enough to ensure the strength of the joint against vibrations, shocks. An increase in the area of the adhesive bond increases the effect of stresses on the sensitive element of the sensor. Thus, the stresses caused by the difference between the coefficients of thermal expansion of silicon and borosilicate glass from which the sensor is made, the base and the adhesive sealant increase the offset of the zero signal of the accelerometer, and this reduces the accuracy of the micromechanical accelerometer.
Известно устройство, где чувствительный элемент датчика закреплен на специальном пьедестале, сформированным заодно с основанием. Причем площадь пьедестала меньше чем площадь поверхности ЧЭ. В другом варианте - специальный пьедестал представляет собой отдельную деталь. В этом варианте вначале приклеивают к основанию пьедестал, а затем на него приклеивают ЧЭ [2].A device is known where the sensitive element of the sensor is fixed on a special pedestal formed integrally with the base. Moreover, the area of the pedestal is less than the surface area of the SE. In another version, a special pedestal is a separate part. In this variant, the pedestal is first glued to the base, and then the SE is glued to it [2].
Недостатком данного устройства является то, что невозможно обеспечить прочность соединения от вибраций, ударов. Уменьшение площади контакта частично снижает воздействие термомеханических напряжений. Однако под воздействием вибрации, ударов и термоциклов, которые присутствуют в реальных условиях такой вариант конструкции, влечет за собой неизбежный отказ датчика.The disadvantage of this device is that it is impossible to ensure the strength of the connection from vibrations, shocks. Reducing the contact area partially reduces the effect of thermomechanical stresses. However, under the influence of vibration, shock and thermal cycles, which are present in real conditions, such a design option entails inevitable sensor failure.
Известен чувствительный элемент микромеханического акселерометра, содержащий двухплечевой маятник из монокристаллического кремния, стеклянную обкладку и внешнюю рамку с площадками крепления к стеклянной обкладке, упругие торсионы, соединенные с маятником и внешней рамкой, ось симметрии инерционной массы совмещена с осью, проходящей через крестообразные торсионы. Площадки крепления расположены в непосредственной близости упругие торсионов. Внешняя рамка одновременно выполняет роль жесткого каркаса чувствительного элемента, при этом соединение чувствительного элемента с неподвижным основанием акселерометра осуществляется через обратную сторону стеклянной обкладки [3].A sensitive element of a micromechanical accelerometer is known, containing a double-arm pendulum made of monocrystalline silicon, a glass plate and an outer frame with attachment points to the glass plate, elastic torsion bars connected to the pendulum and an outer frame, the axis of symmetry of the inertial mass is aligned with the axis passing through the cruciform torsion bars. The mounting pads are located in the immediate vicinity of the elastic torsion bars. The outer frame simultaneously plays the role of a rigid frame of the sensitive element, while the connection of the sensitive element with the fixed base of the accelerometer is carried out through the back side of the glass plate [3].
Анодное соединение стеклянной подложки с монокристаллическим кремниевым чувствительным элементом осуществляется при повышенной температуре. После остывания конструкции «стеклянная подложка-монокристаллический кремниевый двухплечевой маятник с внешней рамкой, соединенные через упругие торсионы» происходит частичная деформация внешней рамки чувствительного элемента. Эта деформация передается на упругие торсионы. Это существенным образом влияет на стабильность механических характеристик упругих торсионов.The anodic connection of the glass substrate to the monocrystalline silicon sensitive element is carried out at an elevated temperature. After cooling of the structure "glass substrate-single-crystal silicon double-arm pendulum with an external frame, connected through elastic torsion bars", a partial deformation of the outer frame of the sensitive element occurs. This deformation is transmitted to the elastic torsion bars. This significantly affects the stability of the mechanical characteristics of elastic torsion bars.
Перемещение поверхности детали согласно формуле Буссинеска:Moving the surface of the part according to the Boussinesq formula:
где у - перемещение поверхности; Е - модуль упругости; v - коэффициент Пуассона; Р - давление на контакт; r - расстояние от точки приложения сосредоточенной силы до заданного сечения; S - площадь контакта упоров.where y is the movement of the surface; E is the modulus of elasticity; v - 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:Stress at the j-place of the junction of 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 stresses will be:
илиor
возможные напряжения, возникающие при изменении температуры от точек крепления внешней рамки к упругим торсионам оценивается следующей зависимостью:Possible stresses arising when the temperature changes from the attachment points of the outer frame to the elastic torsion bars is estimated by the following relationship:
h - толщина внешней рамки.h is the thickness of the outer frame.
Таким образом, чувствительность конструкции к контактным напряжениям определяется площадью контакта и удаленностью места заделки упругого подвеса от силового контакта.Thus, the sensitivity of the structure to contact stresses is determined by the contact area and the distance of the elastic suspension termination site from the power contact.
Таким образом, недостатком известного устройства является нестабильность смещения нуля вследствие высокого уровня контактных напряжений, возникающих в местах фиксации площадок крепления к стеклянной подложки и передающихся на упругий торсион.Thus, the disadvantage of the known device is the instability of the zero bias due to the high level of contact stresses arising at the points of fixation of the pads of attachment to the glass substrate and transmitted to the elastic torsion bar.
Другим недостатком известного устройства является высокая погрешность при воздействии положительных и отрицательных температур.Another disadvantage of the known device is a high error when exposed to positive and negative temperatures.
Так как чувствительный элемент закреплен на основании корпуса акселерометра, то возникающие напряжения от воздействия положительных или отрицательных температур передается от основания через стеклянную обкладку на внешнюю рамку и соответственно на упругие торсионы. Вследствие этого упругие торсионы деформируются, и в результате происходит смещение маятника при отсутствии воздействия ускорения. Таким образом, происходит температурное смещение нулевого сигнала, а это снижает точность акселерометра. Изменится также жесткость торсионов и, как следствие, уход крутизны преобразователя перемещений. Это также существенным образом снижает точность прибора.Since the sensitive element is fixed on the base of the accelerometer body, the resulting stresses from the action of positive or negative temperatures are transmitted from the base through the glass plate to the outer frame and, accordingly, to the elastic torsion bars. As a result, the elastic torsion bars are deformed, and as a result, the pendulum is displaced in the absence of acceleration. Thus, a temperature shift of the zero signal occurs, and this reduces the accuracy of the accelerometer. The stiffness of the torsion bars will also change and, as a result, the steepness of the displacement transducer will change. It also significantly reduces the accuracy of the instrument.
Известен чувствительный элемент микромеханического акселерометра, содержащий двухплечевой маятник из монокристаллического кремния, стеклянную обкладку и внешнюю рамку с площадками крепления к стеклянной обкладке, упругие торсионы, соединенные с двухплечевым маятником и внешней рамкой, ось симметрии инерционной массы совмещена с осью, проходящей через упругие торсионы, внешняя рамка выполнена в виде упругодеформируемых балок, сформированных между площадками крепления к стеклянным обкладкам на внешней рамке и между упругими торсионам и площадками крепления к стеклянным обкладкам, дополнительно сформирована прокладка, закрепленная с обратной стороны к стеклянной обкладке через ножки, сформированные на прокладке, расположенные соосно с площадками крепления к стеклянной обкладке на внешней рамке, с другой стороны прокладки сформирована опора крепления к основанию, расположенная в центре симметрии прокладки и соединенная с ножками через жесткие растяжки [4].A sensitive element of a micromechanical accelerometer is known, containing a double-arm pendulum made of monocrystalline silicon, a glass plate and an external frame with attachment points to the glass plate, elastic torsion bars connected to a double-arm pendulum and an external frame, the axis of symmetry of the inertial mass is aligned with the axis passing through the elastic torsion the frame is made in the form of elastically deformable beams formed between the areas of attachment to the glass plates on the outer frame and between the elastic torsion bars and the areas of attachment to the glass plates, an additional spacer is formed, fixed from the back side to the glass plate through the legs formed on the spacer, located coaxially with the platforms fastening to the glass cover on the outer frame; on the other side of the gasket, a support for fastening to the base is formed, located in the center of symmetry of the gasket and connected to the legs through rigid braces [4].
Недостатками данного устройства является трудоемкость точного позиционирования дополнительной прокладки относительно конструкции двухплечевого маятника, соединенного с внешней рамкой, расположенных с другой стороны стеклянной обкладки. Таким образом, при установке на основание рассовмещение конструкции двухплечевого маятника и дополнительной прокладки, закрепленных на стеклянной обкладке с противоположных сторон при действии температурных факторов приводит деформации конструкции ЧЭ. Следовательно, напряженное состояние все-таки передается на упругие торсионы тем самым вызывая смещение нулевого сигнала. Другим недостатком является то, что такое закрепление приводит к удорожанию техпроцесса. Этот процесс требует дополнительных материальных затрат. Так как это отдельные кристаллы, сформированные в виде дополнительных прокладок для закрепления с обратной стороны стеклянной обкладки. Эти отдельные кристаллы, сформированные в виде дополнительных прокладок, изготавливаются отдельным техпроцессом на дополнительных пластинах. Кроме того, закрепление дополнительных прокладок с обратной стороны стеклянных обкладок требует очень высокой квалификации сборщика. Еще одним недостатком является анодное соединение структуры кремний - стекло - кремний. Так, трудно позиционировать электроды на такой структуре, а также подобрать режимы анодного соединения.The disadvantages of this device are the laboriousness of precise positioning of the additional spacer relative to the design of the two-arm pendulum connected to the outer frame, located on the other side of the glass plate. Thus, when installed on the base, the misalignment of the structure of the two-arm pendulum and the additional gasket fixed on the glass plate from opposite sides under the action of temperature factors leads to deformation of the SE structure. Consequently, the stress state is nevertheless transmitted to the elastic torsion bars, thereby causing the zero signal to shift. Another disadvantage is that such fastening leads to an increase in the cost of the technical process. This process requires additional material costs. Since these are separate crystals, formed in the form of additional spacers for fixing on the back of the glass plate. These individual crystals, formed as additional spacers, are manufactured in a separate process on additional plates. In addition, fixing additional spacers on the back of the glass plates requires very high qualifications of the assembler. Another disadvantage is the anodic connection of the silicon-glass-silicon structure. Thus, it is difficult to position the electrodes on such a structure, as well as to select the modes of anode connection.
Задачей, на решение которой направлено изобретение, является увеличение точности и снижение трудоемкости.The problem to be solved by the invention is to increase accuracy and reduce labor intensity.
Для достижения этого в микромеханическом акселерометре с низкой чувствительностью к термомеханическим воздействиям, содержащем двухплечевой маятник из монокристаллического кремния, стеклянную обкладку, внешнюю рамку с площадками крепления к стеклянной обкладке, соединенную с двухплечевым маятником через упругие торсионы, согласно изобретению, сформирована дополнительная опорная рамка, соединенная с внешней рамкой через жестки балки, причем жесткие балки сформированы во внешних углах внешней рамки и соединены с близлежащими внутренними углами дополнительной опорной рамки, при этом площадки крепления к стеклянной обкладке сформированы на дополнительной опорной рамки, в центре симметрии каждой из сторон дополнительной опорной рамки.To achieve this, in a micromechanical accelerometer with a low sensitivity to thermomechanical influences, containing a double-arm pendulum made of monocrystalline silicon, a glass plate, an external frame with pads for attachment to the glass plate, connected to the double-arm pendulum through elastic torsion bars, according to the invention, an additional support frame is formed connected to an external frame through rigid beams, and rigid beams are formed in the outer corners of the outer frame and connected to the nearby inner corners of the additional support frame, while the attachment points to the glass cover are formed on the additional support frame, in the center of symmetry of each side of the additional support frame.
Признаком, отличающим предложенный датчик от известного является то, что сформирована дополнительная опорная рамка, соединенная с внешней рамкой через жесткие балки, причем жесткие балки сформированы во внешних углах внешней рамки и соединены с близлежащими внутренними углами дополнительной опорной рамки, при этом площадки крепления к стеклянной обкладке сформированы на дополнительной опорной рамке, в центре симметрии каждой из сторон дополнительной опорной рамки. Сформированная дополнительная опорная рамка выполняет функцию буфера от воздействия напряжений, возникающих от неподвижного основания микромеханического акселерометра, передающихся через стеклянную обкладку чувствительного элемента на внешнюю рамку, соединенную с двухплечевым маятником с помощью упругих торсионов. Жесткие балки, сформированные во внешних углах внешней рамки и соединенные с близлежащими внутренними углами дополнительной опорной рамки исключают паразитные силы и моменты после сборки всего чувствительного элемента, действующие со стороны основания датчика при воздействии вредных внешних факторов. Площадки крепления к основанию акселерометра, расположенные в центре симметрии каждой из сторон дополнительной опорной рамки, обеспечивают минимизацию возникающих контактных напряжений и, следовательно, минимально влияют на упругий торсион, за счет чего уменьшается нестабильность смещения нуля и, как следствие, повышается точность микромеханического акселерометра. Так при воздействии возмущающих факторов, в частности плюсовых и минусовых температур, конструкция чувствительного элемента будет минимально деформирована. Из-за разности коэффициентов линейного расширения, основания акселерометра, двухстороннего маятника и стеклянной обкладки при воздействии положительных или отрицательных температур возникает деформация, которая воздействует на дополнительную опорную рамку через площадки крепления от стеклянной обкладки. Площадки крепления к стеклянным обкладкам расположены в центре симметрии каждой из сторон дополнительной опорной рамке и, следовательно, всего чувствительного элемента. Напряжение, возникающие в «основании-стеклянная обкладка» равномерно передается через площадки крепления к стеклянной обкладке на дополнительную рамку, затем, через жесткие балки, на внешнюю рамку и только затем остаточная затухающая деформация на упругий торсион. Таким образом, остаточные деформации, передающиеся, на упругий торсион сведены к минимуму. А это уменьшает уход крутизны преобразователя перемещений, уменьшает температурное смещение нулевого сигнала, уменьшает температурную погрешность. Причем жесткие растяжки сформированы таким образом, чтобы исключить их деформацию по перекрестным осям относительно измерительной оси, обеспечивая лишь деформацию на предельно высоким ускорениям по измерительной оси. Это обеспечивает защиту при вибрациях и ударах. Предложенный микромеханический акселерометр с низкой чувствительностью к термомеханическим воздействиям иллюстрируется чертежами, представленными на фиг. 1, фиг. 2. На фиг. 1 представлен основной вид микромеханического акселерометра с низкой чувствительностью к термомеханическим воздействиям, где:A feature that distinguishes the proposed sensor from the known one is that an additional support frame is formed, connected to the outer frame through rigid beams, and the rigid beams are formed in the outer corners of the outer frame and connected to the adjacent inner corners of the additional support frame, while the attachment points to the glass cover formed on an additional support frame, in the center of symmetry of each side of the additional support frame. The formed additional support frame acts as a buffer against the effects of stresses arising from the stationary base of the micromechanical accelerometer, transmitted through the glass plate of the sensitive element to the outer frame connected to the two-arm pendulum using elastic torsion bars. Rigid beams formed in the outer corners of the outer frame and connected to the nearby inner corners of the additional support frame eliminate parasitic forces and moments after assembly of the entire sensitive element, acting from the side of the sensor base when exposed to harmful external factors. The pads of attachment to the base of the accelerometer, located in the center of symmetry of each side of the additional support frame, ensure minimization of the contact stresses that arise and, therefore, have a minimal effect on the elastic torsion, thereby reducing the instability of the zero offset and, as a consequence, increasing the accuracy of the micromechanical accelerometer. So under the influence of disturbing factors, in particular, plus and minus temperatures, the design of the sensitive element will be minimally deformed. Due to the difference in the coefficients of linear expansion, the base of the accelerometer, the double-sided pendulum and the glass plate, when exposed to positive or negative temperatures, deformation occurs, which acts on the additional support frame through the mounting pads from the glass plate. The pads for attachment to glass plates are located in the center of symmetry of each side of the additional support frame and, therefore, of the entire sensitive element. The stress arising in the “base-glass plate” is evenly transmitted through the attachment points to the glass plate to the additional frame, then, through rigid beams, to the outer frame, and only then the residual damping deformation to the elastic torsion bar. Thus, the permanent deformations transmitted to the elastic torsion bar are minimized. And this reduces the slope of the displacement transducer, reduces the temperature shift of the zero signal, and reduces the temperature error. Moreover, rigid braces are formed in such a way as to exclude their deformation along the cross axes relative to the measuring axis, providing only deformation at extremely high accelerations along the measuring axis. This provides protection against vibration and shock. The proposed micromechanical accelerometer with low sensitivity to thermomechanical influences is illustrated by the drawings shown in FIG. 1, fig. 2. In FIG. 1 shows the main view of a micromechanical accelerometer with low sensitivity to thermomechanical influences, where:
1 - двухплечевой маятник,1 - two-arm pendulum,
2 - упругий торсион,2 - elastic torsion bar,
3 - внешняя рамка,3 - outer frame,
4 - дополнительная опорная рамка,4 - additional support frame,
5 - жесткие балки,5 - rigid beams,
6 - площадки крепления к стеклянным обкладкам,6 - pads for attachment to glass plates,
7 - стеклянная обкладка,7 - glass cover,
8 - контактные площадки,8 - contact pads,
На фиг. 2 вид А - А. где:FIG. 2 view A - A. where:
9 - электроды.9 - electrodes.
Микромеханический акселерометр с низкой чувствительностью к термомеханическим воздействиям содержит двухплечевой маятник 1, соединенный с внешней рамкой 3 через упругие торсионы 2. Внешняя рамка 3 соединена с дополнительной опорной рамкой 4 через жесткие балки 5. Площадки крепления к стеклянным обкладкам 6 сформированы с обеих сторон дополнительной опорной рамки 4. Одной стороной дополнительная опорная рамка 4 соединена через площадки крепления к стеклянным обкладкам 6 со стеклянной обкладкой 7. На другой стороне дополнительной опорной рамки 4 на одной или двух площадках крепления к стеклянным обкладкам 6 методом магнетронного напыления сформирована контактная площадка 8. Другие контактные площадки 8 сформированы на стеклянной обкладке 7 и электрически соединены с сформированными электродами 9. Таким образом, сформирован чувствительный элемент микромеханического акселерометра с низкой чувствительностью к термомеханическим воздействиям. Для соединения электродов 9 и проводящего двухплечевого маятника со схемой обработки сигнала емкостного преобразователя перемещения микромеханического акселерометра предназначены контактные площадки 8.A micromechanical accelerometer with low sensitivity to thermomechanical influences contains a two-
Микромеханический акселерометр с низкой чувствительностью к термомеханическим воздействиям работает следующим образом. При действии линейного ускорения двухплечевой маятник 1 отклоняется от своего нейтрального положения упругие торсионы 2 закручиваются на определенный угол. Возникающий дисбаланс дифференциального емкостного преобразователя перемещений, реализованный на стеклянной обкладке 7 с сформированными на ней электродами 9 и проводящем двухплечевом маятнике 1 пропорционален величине измеряемого ускорения. При воздействии плюсовых и минусовых температур, конструкция чувствительного элемента будет минимально деформирована. Из-за разности коэффициентов линейного расширения, основания акселерометра (не показано), двухплечевого маятника 1 и стеклянной обкладки 7 после воздействия положительных или отрицательных температур возникает деформация, которая воздействует на дополнительную опорную рамку 4 через площадки крепления к стеклянной обкладке 6 от стеклянной обкладки 7.Micromechanical accelerometer with low sensitivity to thermomechanical influences works as follows. Under the action of linear acceleration, the two-
Сформированная дополнительная опорная рамка 4 выполняет функцию буфера между двухплечевым маятником 1 и неподвижным основанием акселерометра через стеклянную обкладку 7 чувствительного элемента. Жесткие балки 5, сформированные во внешних углах внешней рамки 3 и соединенные с близлежащими внутренними углами дополнительной опорной рамки 4 исключают паразитные силы и моменты после сборки всего чувствительного элемента, действующие со стороны основания датчика при воздействии вредных внешних факторов.Formed
Площадки крепления к стеклянным обкладкам 6 расположены в центре симметрии каждой из сторон дополнительной опорной рамки 4 и, следовательно, всего чувствительного элемента. При деформации, возникающей в основании-стеклянная обкладка 7 напряженное состояние передается, причем равномерно через площадки крепления к стеклянной обкладке 6 на дополнительную опорную рамку 4. Затем напряженное состояние передается, через жесткие балки 5, на внешнюю рамку 3, и только затем остаточная затухающая деформация на упругий торсион 2. Таким образом, остаточные деформации, передающиеся на упругий торсион 2 сведены к минимуму. А это уменьшает уход крутизны преобразователя перемещений, уменьшает температурное смещение нулевого сигнала, уменьшает температурную погрешность.The pads for attaching to the glass plates 6 are located in the center of symmetry of each side of the
Кроме того формирование дополнительной опорной рамки, согласно выражению (3) или (4) уменьшает чувствительность к контактным напряжениям или величине напряжений, следовательно, увеличивается точность прибора в целом.In addition, the formation of an additional reference frame, according to expression (3) or (4), reduces the sensitivity to contact stresses or the magnitude of voltages, therefore, the accuracy of the device as a whole increases.
Причем жесткие растяжки 5 сформированы таким образом, чтобы исключить их деформацию по перекрестным осям относительно измерительной оси, обеспечивая лишь деформацию на предельно высоким ускорениям по измерительной оси. Это обеспечивает защиту при вибрациях и ударах.Moreover, rigid extensions 5 are formed in such a way as to exclude their deformation along the cross axes relative to the measuring axis, providing only deformation at extremely high accelerations along the measuring axis. This provides protection against vibration and shock.
Чувствительный элемент микромеханического акселерометра изготавливается из монокристаллического кремния с ориентацией пластины <100>÷<110> методом анизотропного травления и из стекла марки ЛК - 5 с соединением кремниевого узла и стеклянной подложки методом анодной посадки.The sensitive element of the micromechanical accelerometer is made of monocrystalline silicon with a wafer orientation of <100> ÷ <110> by anisotropic etching and of LK-5 glass with a connection of a silicon unit and a glass substrate by an anodic fit.
Проведенные макетные испытания показали положительный эффект предлагаемого устройства и по технологии, и по точности.The mock tests carried out showed a positive effect of the proposed device both in technology and in accuracy.
Источники информации:Information sources:
1. Паршин В.А., Харитонов В.И. Особенности технологии мультисенсорных датчиков с нелегированными упругими подвесами //Датчики и системы. 2002. №2. С. 22-24.1. Parshin V.A., Kharitonov V.I. Features of the technology of multisensor sensors with undoped elastic suspensions // Sensors and Systems. 2002. No. 2. S. 22-24.
2. Патент US 67681962. US patent 6768196
3. Патент РФ №22517023. RF patent №2251702
4. Патент РФ №154439 - прототип.4. RF patent No. 154439 - prototype.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2020130327A RU2746762C1 (en) | 2020-09-15 | 2020-09-15 | Micromechanical accelerometer with low sensitivity to thermomechanical influences |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2020130327A RU2746762C1 (en) | 2020-09-15 | 2020-09-15 | Micromechanical accelerometer with low sensitivity to thermomechanical influences |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2746762C1 true RU2746762C1 (en) | 2021-04-20 |
Family
ID=75521229
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2020130327A RU2746762C1 (en) | 2020-09-15 | 2020-09-15 | Micromechanical accelerometer with low sensitivity to thermomechanical influences |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2746762C1 (en) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2011136971A1 (en) * | 2010-04-30 | 2011-11-03 | Qualcomm Mems Technologies, Inc. | Micromachined piezoelectric x-axis gyroscope |
| RU154143U1 (en) * | 2015-04-14 | 2015-08-20 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "Московский институт электронной техники" | SENSITIVE ELEMENT OF A MICROMECHANICAL ACCELEROMETER |
| RU154439U1 (en) * | 2015-05-28 | 2015-08-27 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "Московский институт электронной техники" (МИЭТ) | SENSITIVE ELEMENT OF A LINEAR ACCELERATION SENSOR |
| CN105182003A (en) * | 2015-07-14 | 2015-12-23 | 重庆大学 | Torsion-type differential capacitance accelerometer with buffer structure and preparation method |
-
2020
- 2020-09-15 RU RU2020130327A patent/RU2746762C1/en active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2011136971A1 (en) * | 2010-04-30 | 2011-11-03 | Qualcomm Mems Technologies, Inc. | Micromachined piezoelectric x-axis gyroscope |
| RU154143U1 (en) * | 2015-04-14 | 2015-08-20 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "Московский институт электронной техники" | SENSITIVE ELEMENT OF A MICROMECHANICAL ACCELEROMETER |
| RU154439U1 (en) * | 2015-05-28 | 2015-08-27 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "Московский институт электронной техники" (МИЭТ) | SENSITIVE ELEMENT OF A LINEAR ACCELERATION SENSOR |
| CN105182003A (en) * | 2015-07-14 | 2015-12-23 | 重庆大学 | Torsion-type differential capacitance accelerometer with buffer structure and preparation method |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US5548999A (en) | Mounting arrangement for acceleration detector element | |
| US6378381B1 (en) | Sensor using capacitance element | |
| US7594445B2 (en) | Force sensor | |
| US4872342A (en) | Translational accelerometer and accelerometer assembly method | |
| US11105828B2 (en) | Microelectromechanical device for out-of-plane motion detection | |
| US8733170B2 (en) | Temperature-compensated micro-electromechanical device, and method of temperature compensation in a micro-electromechanical device | |
| JPH1090299A (en) | Electrostatic capacitance type acceleration sensor | |
| US20150276517A1 (en) | Mechanical Quantity Measuring Device | |
| EP3835794B1 (en) | Resonator including one or more mechanical beams with added mass | |
| US5109175A (en) | Monolithic resonator for vibrating beam force sensors | |
| KR20040014204A (en) | Capacitive dynamic quantity sensor | |
| CN117607489B (en) | Sensitive structure of piezoresistive acceleration sensor and acceleration sensor | |
| EP2617677B1 (en) | Structure for isolating a microstructure die from packaging stress | |
| RU2746762C1 (en) | Micromechanical accelerometer with low sensitivity to thermomechanical influences | |
| WO2012098901A1 (en) | Acceleration sensor | |
| RU2774824C1 (en) | Micromechanical accelerometer with high resistance to thermomechanical stresses | |
| RU2746763C1 (en) | Micromechanical accelerometer | |
| RU2753475C1 (en) | Micromechanical accelerometer | |
| RU2773069C1 (en) | Sensing element of micromechanical accelerometer | |
| CN207763855U (en) | Pressure sense die and pressure sensor | |
| RU2748290C1 (en) | Micromechanical accelerometer sensor element | |
| RU2324192C1 (en) | Double beamed accelerometer | |
| JP7331468B2 (en) | How to install the inertial sensor unit, and the inertial sensor unit | |
| JP2020085721A (en) | Vibration sensor device | |
| US7024949B2 (en) | Load transducers employing a sensing device |