×
27.05.2014
216.012.cb35

Результат интеллектуальной деятельности: НАНОЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКАЯ СИСТЕМА ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ДВИЖЕНИЯ И СПОСОБ ЕЕ ИЗГОТОВЛЕНИЯ

Вид РИД

Изобретение

Аннотация: 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.

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.


НАНОЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКАЯ СИСТЕМА ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ДВИЖЕНИЯ И СПОСОБ ЕЕ ИЗГОТОВЛЕНИЯ
НАНОЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКАЯ СИСТЕМА ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ДВИЖЕНИЯ И СПОСОБ ЕЕ ИЗГОТОВЛЕНИЯ
Источник поступления информации: Роспатент

Showing 11-14 of 14 items.
10.11.2015
№216.013.8ebb

Магниторезистивный преобразователь

Изобретение относится к измерительной технике, представляет собой магниторезистивный преобразователь и может быть использовано в конструкции датчиков магнитного поля. Преобразователь содержит кремниевый кристалл с выполненными в нем по меньшей мере двумя заглублениями, в которых размещены...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002568148
Дата охранного документа: 10.11.2015
27.02.2016
№216.014.bec8

Чувствительный элемент оптического датчика

Изобретение относится к датчикам оптического излучения. Чувствительный элемент оптического датчика содержит подложку 1, массив углеродных нанотрубок 2, электропроводящий слой 3, диэлектрический слой 4, а также верхний оптически прозрачный слой 5. В подложке 1 выполнено углубление 6, в котором...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002576353
Дата охранного документа: 27.02.2016
13.01.2017
№217.015.82a6

Магниторезистивный элемент

Использование: для использования в конструкциях датчиков и преобразователей магнитного поля, электрического тока, контроля перемещения и угла поворота объекта. Сущность изобретения заключается в том, что магниторезистивный элемент содержит участки магниторезистивной пленки в форме...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002601360
Дата охранного документа: 10.11.2016
25.08.2017
№217.015.9c95

Способ настройки максимальной чувствительности волоконно-оптического гидрофона

Изобретение относится к метрологии, в частности к способам калибровки гидрофонов. Способ настройки максимальной чувствительности волоконно-оптического гидрофона предполагает подачу света по волоконно-оптической линии к микромембране, с последующим приемом отраженного света фотоприемником. При...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002610382
Дата охранного документа: 09.02.2017
Showing 21-29 of 29 items.
10.04.2019
№219.017.07b7

P-i-n-диодный преобразователь нейтронного излучения

Изобретение относится к полупроводниковым приборам для преобразования воздействий радиационного излучения, преимущественно нейтронного, в электрический сигнал, измерение которого позволяет определить уровень радиации или набранную дозу облучения. P-I-N-диодный преобразователь нейтронного...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002408955
Дата охранного документа: 10.01.2011
10.04.2019
№219.017.085a

Способ изготовления интегрального высокодобротного кремниевого микромеханического резонатора

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к интегральным высокодобротным кремниевым микромеханическим резонаторам, использующим в качестве резонирующего элемента балочные и консольные структуры из монокристаллического кремния, размещенные в капсулах с высоким вакуумом, и, в...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002435294
Дата охранного документа: 27.11.2011
19.04.2019
№219.017.306b

Матрица интегральных преобразователей давления

Предлагаемое изобретение относится к полупроводниковым приборам для преобразования механических воздействий в электрический сигнал, измерение которого позволяет определить тактильное давление, создаваемое при соприкосновении датчика с каким-либо предметом. Тактильные датчики предназначены для...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002362236
Дата охранного документа: 20.07.2009
19.04.2019
№219.017.30bc

Способ изготовления магниторезистивных датчиков

Изобретение может быть использовано для измерения постоянного и переменного магнитного поля. В способе согласно изобретению после нанесения защитного слоя на первую магниторезистивную наноструктуру производится травление защитного слоя и первой магниторезистивной наноструктуры на той части...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002320051
Дата охранного документа: 20.03.2008
09.05.2019
№219.017.4fab

Магниторезистивный датчик

Изобретение может быть использовано для измерения магнитного поля в измерительных комплексах, научном и медицинском приборостроении, устройствах диагностики печатных плат и микросхем, биообъектов (бактерий, вирусов, токсинов и ДНК). Магниторезистивный датчик содержит подложку с диэлектрическим...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002433507
Дата охранного документа: 10.11.2011
10.07.2019
№219.017.af93

Магниторезистивный преобразователь-градиометр

Изобретение может быть использовано в тахометрах, устройствах неразрушающего контроля, датчиках перемещения, датчиках для измерения постоянного и переменного магнитного поля, электрического тока, биодатчиках. Магниторезистивный преобразователь-градиометр содержит подложку с диэлектрическим...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002453949
Дата охранного документа: 20.06.2012
19.07.2019
№219.017.b66e

Чувствительный элемент преобразователя магнитного поля

Использование: для конструкции оптоволоконных датчиков магнитного поля. Сущность изобретения заключается в том, что чувствительный элемент преобразователя магнитного поля для волоконно-оптического датчика содержит подложку из монокристаллического кремния, мембрану, расположенную над...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002694788
Дата охранного документа: 16.07.2019
29.02.2020
№220.018.077a

Структура для преобразователей механических деформаций

Изобретение относится к элементам магнитной стрейнтроники и может быть использовано в преобразователях механических деформаций (напряжений, давлений), акустических преобразователях на основе многослойных тонкоплёночных магнитострикционных наноструктур с анизотропным магниторезистивным эффектом....
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002715367
Дата охранного документа: 26.02.2020
25.06.2020
№220.018.2b25

Преобразователь электрического тока

Изобретение может быть использовано для обнаружения электрического тока в проводниках электротехнических устройств. Преобразователь электрического тока содержит разъемный корпус 1 с отверстием 2 для размещения контролируемого проводника. Корпус 1 выполнен из двух частей: основания 3 и крышки 4...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002724304
Дата охранного документа: 22.06.2020
+ добавить свой РИД