RU30999U1 - Micromechanical accelerometer - Google Patents

Micromechanical accelerometer

Info

Publication number
RU30999U1
RU30999U1 RU2002120743/20U RU2002120743U RU30999U1 RU 30999 U1 RU30999 U1 RU 30999U1 RU 2002120743/20 U RU2002120743/20 U RU 2002120743/20U RU 2002120743 U RU2002120743 U RU 2002120743U RU 30999 U1 RU30999 U1 RU 30999U1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
inertial mass
elastic
housing
electrostatic force
jumpers
Prior art date
Application number
RU2002120743/20U
Other languages
Russian (ru)
Inventor
В.А. Бурцев
П.Б. Дергачев
А.М. Лестев
И.В. Попова
А.А. Семенов
Original Assignee
Закрытое акционерное общество "Гирооптика"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Закрытое акционерное общество "Гирооптика" filed Critical Закрытое акционерное общество "Гирооптика"
Priority to RU2002120743/20U priority Critical patent/RU30999U1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU30999U1 publication Critical patent/RU30999U1/en

Links

Landscapes

  • Pressure Sensors (AREA)

Abstract

1. Микромеханический акселерометр, содержащий корпус, выполненный в виде платы из диэлектрического материала с напыленными на ней неподвижными электродами гребенчатого электростатического датчика силы и датчика перемещений, инерционную массу, выполненную в виде пластины из кремния, расположенную с зазором относительно корпуса и связанную с ним через упругие перемычки с опорными элементами, образующими упругий подвес, обеспечивающий перемещение инерционной массы вдоль оси, лежащей в плоскости инерционной массы, электронную схему обработки сигналов, отличающийся тем, что инерционная масса, упругие перемычки, опорные элементы, подвижные электроды гребенчатого электростатического датчика силы и датчика перемещений выполнены единым элементом методом анизотропного травления кремния.2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что кремниевая пластина выполнена в форме прямоугольника, на поверхности которого равномерно распределены сквозные отверстия, выполненные в форме прямоугольника, размеры диагонали которого не меньше удвоенной величины начального зазора между инерционной массой и платой.3. Устройство по пп.1 и 2, отличающееся тем, что упругий подвес содержит четыре упругие перемычки, размещенные внутри сквозных прорезей, выполненных в инерционной массе и расположенных параллельно ее коротким сторонам, один конец каждой из перемычек связан с инерционной массой, а другой конец через опорный элемент закреплен на корпусе.4. Устройство по пп.1 и 2, отличающееся тем, что электроды гребенчатого электростатического датчика силы и датчика перемещений размещены по разные стороны инерционной массы в направлении е1. A micromechanical accelerometer containing a housing made in the form of a board made of dielectric material with the stationary electrodes of a comb electrostatic force sensor and a motion sensor sprayed on it, an inertial mass made in the form of a silicon plate located with a gap relative to the housing and connected through elastic jumpers with supporting elements forming an elastic suspension, providing the inertial mass to move along an axis lying in the plane of the inertial mass, electronic circuitry Botko signals, characterized in that the inertial mass, elastic webs, the supporting elements, movable comb electrodes of the electrostatic force sensor and the displacement sensor formed by a single element kremniya.2 anisotropic etching. The device according to claim 1, characterized in that the silicon wafer is made in the form of a rectangle, on the surface of which through holes are evenly distributed, made in the form of a rectangle, the diagonal of which is not less than twice the initial gap between the inertial mass and the board. The device according to claims 1 and 2, characterized in that the elastic suspension contains four elastic jumpers located inside the through slots made in the inertial mass and parallel to its short sides, one end of each of the jumpers is connected to the inertial mass, and the other end through the reference the element is mounted on the housing. The device according to claims 1 and 2, characterized in that the electrodes of the comb electrostatic force sensor and the displacement sensor are placed on opposite sides of the inertial mass in the e direction

Description

МИКРОМЕХАНИЧЕСКИЙ АКСЕЛЕРОМЕТРMICROMECHANICAL ACCELEROMETER

Изобретение относится к измерительной технике, в частности, к области приборостроения, и может найти применение в инерциальных системах подвижных объектов, в автонилотах авиа и судомоделей, в системах безопасности транспортных средств.The invention relates to measuring equipment, in particular, to the field of instrumentation, and may find application in inertial systems of moving objects, in autopilots of aircraft and ship models, in vehicle safety systems.

Особенностью микромеханических акселерометров является преимущественное изготовление чувствительных элементов этих устройств из материалов на основе кремниевой технологии, что определяет: малые габариты и вес акселерометра, возможностБ - применения групповой технологии изготовления и, следовательно, дешевизну изготовления при массовом производстве, высокую надежность в эксплуатации.A feature of micromechanical accelerometers is the predominant manufacture of sensitive elements of these devices from materials based on silicon technology, which determines: small dimensions and weight of the accelerometer, Possibility - the use of group manufacturing technology and, therefore, cheap manufacturing in mass production, high reliability in operation.

Известно техническое решение Коновалов С.Ф., Лаптева Т.Н., Медведева И.И., Новоселов Г.М., Польшков А.В., Трунов А.А., Коновченко А.А., Прокофьев В.М., Ли К.С., Люк Ф. Опыг разработки навигационных приборов на базе монокристалла кремния/ТМикросистемная техника, 2001. ., с. 19-24, в котором акселерометр содержит корпус, инерционную массу, выполненную в виде пластины из кремния, расположенную с зазором относительно корпуса и связанную с ним через упругие перемычки с опорными элементами, образующими упругий подвес, обеспечивающий перемещение инерционной массы, датчик момента, датчик угла, электронную схему обработки сигналов.The technical solution is known Konovalov S.F., Lapteva T.N., Medvedeva I.I., Novoselov G.M., Poland A.V., Trunov A.A., Konovchenko A.A., Prokofiev V.M. , Lee KS, Luke F. Opyg development of navigation devices based on a silicon single crystal / TM Microsystem technology, 2001.., P. 19-24, in which the accelerometer contains a housing, an inertial mass made in the form of a silicon plate, located with a gap relative to the housing and connected with it through elastic jumpers with supporting elements forming an elastic suspension for moving the inertial mass, a torque sensor, an angle sensor signal processing electronic circuit.

Недостатком этого решения является сложность конструкции и сложная технология изготовления.The disadvantage of this solution is the complexity of the design and complex manufacturing technology.

Известно техническое решение ЕР 00822415 А1 04.02.98, кл. GO1P 15/08. Интегральный емкостной датчик ускорения и способ его изготовления//РЕККА111, PAOLO; FORONI, MARIO; VIGNA, BENEDETTO; VILLA, FLAVIO, наиболее сходное с предложенным изобретением, в котором микромеханический акселерометр содержит корпус, выполненный в виде платы из диэлектрического материала с закрепленными на ней неподвижными электродами гребенчатого электростатического датчика силы и датчика перемещений, инерционную массу, выполненную в виде пластины из кремния, расположенную с зазором относительно корпуса и связанную с ним через упругие перемычки с опорными элементами, образующими упругий подвес, обеспечивающий перемещение инерционной массы вдоль оси, лежащей в плоскости инерционной массы, электронную схему обработки сигналов.Known technical solution EP 00822415 A1 02/04/98, cl. GO1P 15/08. Integral capacitive acceleration sensor and method of its manufacture // REKKA111, PAOLO; FORONI, MARIO; VIGNA, BENEDETTO; VILLA, FLAVIO, most similar to the proposed invention, in which the micromechanical accelerometer comprises a housing made in the form of a board made of dielectric material with fixed electrodes of a comb electrostatic force sensor and a motion sensor fixed thereto, an inertial mass made in the form of a silicon plate located with a gap relative to the housing and connected through elastic bridges with supporting elements forming an elastic suspension, providing the inertial mass to move along the axis lying in the plane of inertial mass, electronic signal processing circuit.

МПКОО1Р 15/08MPKOO1R 15/08

Недостатком этого микромеханического акселерометра является сложная технология его изготовления.The disadvantage of this micromechanical accelerometer is the complex technology of its manufacture.

Задачей настоящего изобретения является разработка микромеханического акселерометра, позволяющего упростить технологию изготовления.The present invention is the development of a micromechanical accelerometer, which allows to simplify the manufacturing technology.

Технический результат получен за счет того, что в микромеханическом акселерометре, содержащем корпус, вьшолненный в виде платы из диэлектрического материала с закрепленными на ней неподвижными электродами гребенчатого электростатического датчика силы и датчика перемещений, инерционную массу, вьщолненную в виде пластины из кремния, расположенную с зазором относительно корпуса и сйязанную с ним через упругие перемычки с опорными элементами, образующими упругий подвес, обеспечивающий перемещение инерционной массы вдоль оси, лежащей в плоскости инерционной массы, электронную схему обработки сигналов, инерционная масса, упругие перемычки, опорные элементы, подвижные электроды гребенчатого электростатического датчика силы и датчика перемещений выполнены единым элементом методом анизотропного травления кремния. Кремниевая пластина может бьпъ выполнена в форме прямоугольника, на поверхности которого равномерно распределены сквозные отверстия, вьщолненные в форме прямоугольника, размеры диагонали которого не меньще удвоенной величины начального зазора между инерционной массой и платой. Упругий подвес может содержать четыре упругие перемычки, размещенные внутри сквозных прорезей, выполненных в инерционной массе и расположенных параллельно ее коротким сторонам, один конец каждой их перемычек связан с инерционной массой, а другой конец через опорный элемент закреплен на корпусе. Электроды гребенчатого электростатического датчика силы и датчика перемещений могут быть размещены по разные стороны инерционной массы в направлении ее осей симметрии.The technical result was obtained due to the fact that in the micromechanical accelerometer containing a housing made in the form of a board made of dielectric material with fixed electrodes of a comb electrostatic force sensor and a motion sensor fixed on it, the inertial mass made in the form of a silicon plate located with a gap with respect to case and connected with it through elastic jumpers with supporting elements forming an elastic suspension, providing the movement of the inertial mass along the axis lying in loskosti inertial mass, electronic signal processing circuit, the inertial mass, elastic webs, the supporting elements, movable comb electrodes of the electrostatic force sensor and the displacement sensor element made uniform anisotropic silicon etching. The silicon wafer can be made in the form of a rectangle, on the surface of which through holes are evenly distributed, made in the form of a rectangle, the diagonal of which is not less than twice the size of the initial gap between the inertial mass and the board. An elastic suspension may contain four elastic jumpers located inside the through slots made in the inertial mass and located parallel to its short sides, one end of each of their jumpers is connected with the inertial mass, and the other end is fixed to the body through the support element. The electrodes of a comb electrostatic force sensor and a displacement sensor can be placed on opposite sides of the inertial mass in the direction of its axis of symmetry.

При вьшолнении инерционной массы, упругих перемычек, опорных элементов, подвижных электродов гребенчатого электростатического датчика силы и датчика перемещений единым элементом методом анизотропного травления кремния достигается упрощение технологии изготовления микромеханического акселерометра.When performing inertial mass, elastic jumpers, supporting elements, movable electrodes of a comb electrostatic force sensor and a displacement sensor as a single element, anisotropic etching of silicon simplifies the manufacturing technology of a micromechanical accelerometer.

Перечень фигур чертежей:The list of drawings:

фиг. 1 - конструктивная схема микромеханического акселерометра;FIG. 1 is a structural diagram of a micromechanical accelerometer;

На фиг. 1 представлена конструктивная схема акселерометра; на фиг. 2 - инерционная масса с упругими перемычками, опорными элементами и подвижными электродами гребенчатого электростатического датчика силы и датчика перемещений; на фиг. 3 - электронная схема обработки сигналов.In FIG. 1 shows a structural diagram of an accelerometer; in FIG. 2 - inertial mass with elastic jumpers, supporting elements and movable electrodes comb electrostatic force sensor and displacement sensor; in FIG. 3 is an electronic signal processing circuit.

Микромеханический акселерометр (фиг. 1) содержит корпус 1, выполненный в виде платы из диэлектрического материала. В корпусе 1 размещена инерционная масса 2, выполненная в виде прямозтольной кремниевой пластины, расположенной с зазором относительно корпуса 1 и связанной с ним упругими перемычками 3. Упругие перемычки 3 одними концами жестко скреплены с корпусом 1 через опорные элементы 4,-а вторыми концами связаны с инерционной массой 2 (фиг. 2). Упругие перемьгчаси 3 образуют упругий подвес, обеспечивающий перемещение инерционной массы 2 вдоль оси Х-Х, лежащей в плоскости инерционной массы 2 и являющейся осью чувствительности устройства. В инерционной массе 2 выполнены четыре сквозные прорези, внутри которых расположены упругие перемычки 3. Инерционная масса 2 вьщолнена в виде прямоугольной пластины, на поверхности которой равномерно распределены сквозные отверстия 5 прямоугольной формы (фиг. 2). Каждая из сторон инерционной массы 2 выполнена в виде гребенчатых зубцов 7, 11, вьшолняющих роль подвижных электродов датчика силы 6 и датчика перемещений 9. Неподвижные электроды 8, 10 датчика силы 6 и датчика перемещений 9 закреплены на корпусе 1. Электронная схема обработки сигналов (фиг. 3) содержит задающий генератор 12, усилитель 13, демодулятор 14, корректирующий усилитель 15. Сигнал с задающего генератора 12 подается как на электроды датчика перемещений 9 и датчика силы 6, так и на демодулятор 14. Обратная связь обеспечивается подачей сигнала с выхода корректирующего усилителя 15 на вход усилителя 13.The micromechanical accelerometer (Fig. 1) comprises a housing 1 made in the form of a board made of dielectric material. An inertial mass 2 is placed in the housing 1, made in the form of a direct-bonded silicon wafer located with a gap relative to the housing 1 and connected by elastic jumpers 3. The elastic jumpers 3 are rigidly fastened to the housing 1 at one ends through the supporting elements 4, the second ends are connected with inertial mass 2 (Fig. 2). The elastic moment 3 form an elastic suspension, providing the movement of the inertial mass 2 along the axis X-X lying in the plane of the inertial mass 2 and which is the sensitivity axis of the device. In the inertial mass 2, four through slots are made, inside of which there are elastic jumpers 3. The inertial mass 2 is made in the form of a rectangular plate, on the surface of which through holes 5 of a rectangular shape are evenly distributed (Fig. 2). Each side of the inertial mass 2 is made in the form of comb teeth 7, 11, which play the role of movable electrodes of the force sensor 6 and the displacement sensor 9. The stationary electrodes 8, 10 of the force sensor 6 and the displacement sensor 9 are mounted on the housing 1. The electronic signal processing circuit (Fig. 3) contains a master oscillator 12, an amplifier 13, a demodulator 14, a correction amplifier 15. The signal from the master oscillator 12 is supplied both to the electrodes of the displacement sensor 9 and the force sensor 6, and to the demodulator 14. Feedback is provided by supplying a signal from the output ode corrective amplifier 15 to the input of the amplifier 13.

Предложенное устройство работает следующим образом. При действии линейного ускорения в направлении оси чувствительности Х-Х инерционная масса 2 отклоняется от своего исходного положения. При этом изменяются емкости между подвижными и неподвижными электродами датчика перемещений 9. Сигнал, снимаемый с датчика перемещений 9, подается через конденсатор СЗ на усилитель 13, а затем через демодулятор 14 на корректирующий усилитель 15. Для обеспечения работы датчика силы 6 вводится постоянное смещение Uo. Взаимодействие напряжения смещения UQ с сигналом обратной связи, поступающим с выхода корректирующего усилителя 15, приводит к возникновению электростатического момента, стремящегося возвратить инерционную массу 2 в исходное установивщеесяThe proposed device operates as follows. Under the action of linear acceleration in the direction of the sensitivity axis X-X, the inertial mass 2 deviates from its initial position. In this case, the capacitance between the movable and stationary electrodes of the displacement sensor 9 changes. The signal taken from the displacement sensor 9 is fed through a capacitor C3 to an amplifier 13, and then through a demodulator 14 to a correction amplifier 15. To ensure the operation of the force sensor 6, a constant bias Uo is introduced. The interaction of the bias voltage UQ with the feedback signal coming from the output of the correction amplifier 15 leads to the appearance of an electrostatic moment, which tends to return the inertial mass 2 to the initial steady state

положение. В установившемся состоянии сила инерции, действующая на инерционную массу 2, уравновешивается электростатическими силами датчика силы 6. Напряжение на выходе корректируюшего усилителя 15 является выходным сигналом акселерометра.position. In the steady state, the inertia force acting on the inertial mass 2 is balanced by the electrostatic forces of the force sensor 6. The voltage at the output of the correcting amplifier 15 is the output signal of the accelerometer.

Таким образом, заявленный микромеханический акселерометр позволяет упростить технологию изготовления.Thus, the claimed micromechanical accelerometer allows to simplify the manufacturing technology.

Claims (4)

1. Микромеханический акселерометр, содержащий корпус, выполненный в виде платы из диэлектрического материала с напыленными на ней неподвижными электродами гребенчатого электростатического датчика силы и датчика перемещений, инерционную массу, выполненную в виде пластины из кремния, расположенную с зазором относительно корпуса и связанную с ним через упругие перемычки с опорными элементами, образующими упругий подвес, обеспечивающий перемещение инерционной массы вдоль оси, лежащей в плоскости инерционной массы, электронную схему обработки сигналов, отличающийся тем, что инерционная масса, упругие перемычки, опорные элементы, подвижные электроды гребенчатого электростатического датчика силы и датчика перемещений выполнены единым элементом методом анизотропного травления кремния.1. A micromechanical accelerometer containing a housing made in the form of a board made of dielectric material with the stationary electrodes of a comb electrostatic force sensor and a motion sensor sprayed on it, an inertial mass made in the form of a silicon plate located with a gap relative to the housing and connected through elastic jumpers with supporting elements forming an elastic suspension, providing the inertial mass to move along an axis lying in the plane of the inertial mass, electronic circuitry Botko signals, characterized in that the inertial mass, elastic webs, the supporting elements, movable comb electrodes of the electrostatic force sensor and the displacement sensor element made uniform anisotropic silicon etching. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что кремниевая пластина выполнена в форме прямоугольника, на поверхности которого равномерно распределены сквозные отверстия, выполненные в форме прямоугольника, размеры диагонали которого не меньше удвоенной величины начального зазора между инерционной массой и платой.2. The device according to claim 1, characterized in that the silicon wafer is made in the form of a rectangle, on the surface of which through holes are evenly distributed, made in the form of a rectangle, the diagonal of which is not less than twice the initial gap between the inertial mass and the board. 3. Устройство по пп.1 и 2, отличающееся тем, что упругий подвес содержит четыре упругие перемычки, размещенные внутри сквозных прорезей, выполненных в инерционной массе и расположенных параллельно ее коротким сторонам, один конец каждой из перемычек связан с инерционной массой, а другой конец через опорный элемент закреплен на корпусе.3. The device according to claims 1 and 2, characterized in that the elastic suspension contains four elastic jumpers located inside the through slots made in the inertial mass and parallel to its short sides, one end of each of the jumpers is connected with the inertial mass, and the other end through the support element is fixed to the housing. 4. Устройство по пп.1 и 2, отличающееся тем, что электроды гребенчатого электростатического датчика силы и датчика перемещений размещены по разные стороны инерционной массы в направлении ее осей симметрии.4. The device according to claims 1 and 2, characterized in that the electrodes of the comb electrostatic force sensor and the displacement sensor are placed on opposite sides of the inertial mass in the direction of its symmetry axes.
Figure 00000001
Figure 00000001
RU2002120743/20U 2002-07-24 2002-07-24 Micromechanical accelerometer RU30999U1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2002120743/20U RU30999U1 (en) 2002-07-24 2002-07-24 Micromechanical accelerometer

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2002120743/20U RU30999U1 (en) 2002-07-24 2002-07-24 Micromechanical accelerometer

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU30999U1 true RU30999U1 (en) 2003-07-10

Family

ID=48286823

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2002120743/20U RU30999U1 (en) 2002-07-24 2002-07-24 Micromechanical accelerometer

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU30999U1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU190397U1 (en) * 2018-08-13 2019-07-01 Акционерное общество "ГИРООПТИКА" (АО "ГИРООПТИКА") MICROMECHANICAL AXIAL ACCELEROMETER

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU190397U1 (en) * 2018-08-13 2019-07-01 Акционерное общество "ГИРООПТИКА" (АО "ГИРООПТИКА") MICROMECHANICAL AXIAL ACCELEROMETER

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN108020687B (en) MEMS accelerometer
US8096181B2 (en) Inertial sensor
US5734105A (en) Dynamic quantity sensor
US6910379B2 (en) Out-of-plane compensation suspension for an accelerometer
US8011247B2 (en) Multistage proof-mass movement deceleration within MEMS structures
US10545167B2 (en) Multiple-axis resonant accelerometers
Mineta et al. Three-axis capacitive accelerometer with uniform axial sensitivities
AU2014261760B2 (en) Acceleration sensor and method for producing an acceleration sensor
CN107003333B9 (en) MEMS sensor and semiconductor package
US20200174035A1 (en) Mems accelerometric sensor having high accuracy and low sensitivity to temperature and aging
CN208314017U (en) A kind of mems accelerometer
RU30999U1 (en) Micromechanical accelerometer
JP2003248016A (en) Capacitance-type accelerometer
US6769304B2 (en) Reduced start time for MEMS gyroscope
RU55148U1 (en) MICROMECHANICAL AXIAL ACCELEROMETER
RU187949U1 (en) SENSITIVE ELEMENT OF MEMS-ACCELEROMETER WITH MEASURABLE RANGE OF ACCELERATION OF LARGE AMPLITUDE
Andrabi et al. Study and analysis of materials for design of MEMS capacitive accelerometer
CN116147600A (en) Micro electromechanical multi-axis angular velocity sensor
TW200422623A (en) Z-axis solid state gyroscope and three-axis inertial measurement apparatus
RU66060U1 (en) MICROMECHANICAL AXIAL ACCELEROMETER
RU22331U1 (en) MICROMECHANICAL ACCELEROMETER
RU203772U1 (en) SENSING ELEMENT OF MICROMECHANICAL SENSOR
RU81799U1 (en) MICROMECHANICAL GYROSCOPE-ACCELEROMETER
RU190397U1 (en) MICROMECHANICAL AXIAL ACCELEROMETER
US20240151741A1 (en) Mems device having improved detection performances