22.06.2019
219.017.8e8c

ТВЕРДОТЕЛЬНЫЙ ДАТЧИК ЛИНЕЙНЫХ УСКОРЕНИЙ

Вид РИД

Изобретение

Юридическая информация Свернуть Развернуть
Краткое описание РИД Свернуть Развернуть
Аннотация: Изобретение относится к измерительной технике и может применяться в микромеханических датчиках линейных ускорений. Устройство содержит основание, инерционную массу, упругие элементы. Сформированы две группы раздельных электрически неподвижных емкостных гребенчатых преобразователей. Гребенки подвижных емкостных гребенчатых преобразователей и неподвижных емкостных гребенчатых преобразователей сформированы со смещением относительно друг друга. Упругие элементы соединены одной стороной с инерционной массой, другой стороной соединены с площадками крепления к основанию. Площадки крепления к основанию расположены симметрично в центре симметрии инерционной массы вдоль продольной ее оси и симметрично относительно поперечной ее оси. Технический результат заключается в увеличении точности измерения линейных ускорений. 2 ил.
Реферат Свернуть Развернуть

Изобретение относится к измерительной технике и может применяться в микромеханических датчиках линейных ускорений. Известен чувствительный элемент микромеханического акселерометра, содержащий диэлектрическую подложку и инерционную массу, расположенную с зазором относительно диэлектрической подложки, выполненную в виде пластины с гребенчатой структурой с одной стороны, из полупроводникового материала и связанную с подложкой с помощью упругих балок, выполненных из полупроводникового материала, которые одними концами жестко соединены с инерционной массой, а другими - с опорами, выполненными из полупроводникового материала, и расположенными непосредственно на диэлектрической подложке, неподвижный электрод емкостного преобразователя перемещений с гребенчатой структурой с одной стороны, выполненный из полупроводникового материала и расположенный на диэлектрической подложке с зазором относительно инерционной массы так, что образует плоский конденсатор в плоскости ее пластины через боковые зазоры и взаимопроникающие друг в друга гребенки электродов [1]. Главная функция упругих элементов - обеспечение подвеса инерционной массы, при этом параметры упругих элементов в процессе эксплуатации должны быть стабильными. Конструкция должна обеспечить уменьшение уровня погрешностей при наличии различных косых вибраций. Главным недостатком данной конструкции является высокая чувствительность к косым и круговым вибрациям, направленным не по измерительной оси, что приводит к изменению масштабных коэффициентов каналов. Высокая чувствительность конструкции чувствительного элемента продольным и поперечным вибрациям, направленным по осям X и Y и под углом к ним. Это существенным образом влияет на стабильность нулевого сигнала и точность измерения самого параметра, то есть линейного ускорения.

Выполнение упругих элементов в виде балки Г-образной формы, состоящей из двух идентичных элементов, причем симметричной, делают упругую систему датчика высокочувствительной к паразитным ускорениям и вибрациям.

Так, при воздействии вибрации по этим осям или под углом к ним, возникают объемные волновые процессы в торсионах, последние представляют собой в первом приближении стержни. Объемная волна в торсионах вызывает время-переменную деформацию в электропроводящей инерционной массе, являющуюся частью преобразователя перемещений. В результате чего на выходе датчика увеличивается смещение нуля и, как следствие, понижается точность прибора в целом.

Известен чувствительный элемент микромеханического акселерометра, содержащий основание, инерционную массу, упругие элементы, выполненные зигзагообразными или в виде меандра, емкостные гребенчатые встречно-штырьевые преобразователи [2].

Основным недостатком этого устройства является зависимость значения выходной величины от параметров источника питания датчика, усилителя и других элементов схемы, а также от внешних условий. При изменении напряжения или частоты генератора, питающего датчик, как напряжение, частота и фаза, являющиеся выходными величинами и снимаемые с сопротивления R, также изменяется.

Зависимость от внешних факторов, например от наличия в нем влаги и воздействия температур.

Чувствительный элемент микромеханического акселерометра подвержен действию пониженным и повышенным температурным воздействиям. При повышении, понижении рабочих температур, упругие элементы чувствительного элемента укорачиваются или удлиняются соответственно. Вследствие того, что упругие элементы жестко соединены с одной стороны, с инерционной массой, с другой стороны, с основанием, при этом последняя жестко соединена со стеклянными обкладками, то возникающая при этом деформация приложена к инерционной массе, которая в итоге перемещается. При этом на выходе преобразователя перемещений инерционной массы появляется сигнал при отсутствии действия линейного ускорения, то есть, появляется погрешность измерения полезного сигнала. Еще одним недостатком данного устройства является то, что после анодного соединения кремниевого чувствительного элемента микромеханического акселерометра со стеклянными обкладками, остаточное напряжение, возникающее в стыке «кремний-стекло» деформирует упругие элементы, которые перемещают инерционную массу, что увеличивает уровень нулевого сигнала. А это уменьшает точность прибора.

Задачей, на решение которой направлено изобретение, является увеличение точности измерения линейных ускорений.

Для достижения этого в твердотельном датчике линейных ускорений, содержащем основание, инерционную массу, упругие элементы, соединенные с площадками крепления к основанию, подвижные и неподвижные емкостные гребенчатые преобразователи, сформированы две группы раздельных электрически неподвижных емкостных гребенчатых преобразователей, гребенки подвижных емкостных гребенчатых преобразователей и неподвижных емкостных гребенчатых преобразователей сформированы со смещением относительно друг друга, смещение гребенок первой группы неподвижных и подвижных емкостных гребенчатых преобразователей выполнено в одну сторону, а смещение второй группы неподвижных и подвижных емкостных гребенчатых преобразователей выполнено в противоположную сторону, причем на одинаковые величины смещения, упругие элементы соединены одной стороной с площадками крепления к основанию, другой - с инерционной массой, площадки крепления расположены симметрично в центре симметрии инерционной массы.

Именно две группы раздельных электрически неподвижных емкостных гребенчатых преобразователей, не соединенных электрически, и гребенки подвижных емкостных гребенчатых преобразователей, сформированных на инерционной массе и, соответственно, сформированные как одно целое, то есть как единый электрод, сформированных со смещением относительно друг друга, реализуют дифференциальный принцип измерения параметра движения, то есть ускорения. Дифференциальная конструкция позволяет уменьшить погрешность нелинейности и увеличить рабочий диапазон перемещений. Внешние факторы - напряжение питания, температура окружающей среды и тому подобное - влияют лишь на чувствительность системы; на точность системы они могут влиять лишь в той мере, в какой она связана с чувствительностью. Устройство с емкостным дифференциальным преобразователем значительно меньше зависит от стабильности источника питания.

Устройство с дифференциальным емкостным преобразователем с воздушным диэлектриком не зависит ни от состава газа, ни от наличия в нем влаги, так как для обеих емкостей, составляющих дифференциальный датчик, меняется одинаково.

Таким образом, реализованный дифференциальный принцип измерения в устройстве существенно повышает точность измерения линейного ускорения.

Упругие элементы соединены одной стороной с инерционной массой, другой соединены с площадками крепления к основанию, расположенными симметрично в центре симметрии инерционной массы. При воздействии отрицательных или положительных температур в центральной точке закрепления, а именно в центре симметрии инерционной массы, которая представляет собой площадку крепления к основанию, механические напряжения равны нулю. В точке крепления и вблизи нее с учетом линейного закона распределения механических напряжений и деформаций, напряженное состояние отсутствует, тем самым, обеспечивает резкое уменьшение напряженного состояния на упругий элемент, сопряженный с площадкой крепления к основанию.

Таким образом, формирование площадок крепления с таким закреплением существенно снижает уровень нулевого сигнала и его нестабильность, а так же температурную погрешность, тем самым, повышая точность измерения линейных ускорений.

Предложенный твердотельный датчик линейных ускорений иллюстрируется чертежами, представленными на фиг. 1, 2. На фиг. 1, изображен твердотельный датчик линейных ускорений.

На фиг. 2а изображена эквивалентная схема твердотельного датчика линейных ускорений, на фиг.26 представлено схематичное изображение одиночной емкости гребенки твердотельного датчика линейных ускорений, где:

1 - инерционная масса,

2 - основание,

3 - упругие элементы,

4 - площадка крепления к основанию,

5 - первая группа неподвижных емкостных гребенчатых преобразователей,

6 - вторая группа неподвижных емкостных гребенчатых преобразователей,

7 - подвижные емкостные гребенчатые преобразователи,

8 - емкость С1, образованная первой группой неподвижных емкостных гребенчатых преобразователей и подвижных емкостных гребенчатых преобразователей,

9 - емкость С2, образованная второй группой неподвижных емкостных гребенчатых преобразователей и подвижных емкостных гребенчатых преобразователей,

10 - подвижная часть гребенки,

11 - неподвижная часть гребенки.

Твердотельный датчик линейных ускорений выполнен из полупроводникового материала, содержит основание 2, инерционную массу 1. Упругие элементы 3, соединенные одной стороной с инерционной массой 1 - другой с площадкой крепления к основанию 4. На основании 2 с одной стороны закреплены первая группа неподвижных емкостных гребенчатые преобразователей 5, с другой стороны вторая группа неподвижных емкостных гребенчатых преобразователей 6. На инерционной массе 1 сформированы подвижные емкостные гребенчатые преобразователи 7. Совместно первая группа неподвижных емкостных гребенчатых преобразователей 5 и подвижных емкостных гребенчатых преобразователей 7 образуют емкость C1. Совместно вторая группа неподвижных емкостных гребенчатых преобразователей 6 и подвижных емкостных гребенчатых преобразователей 7 образуют емкость С2. Сформированные таким образом емкости С1 8 и С2 9 образуют емкостный дифференциальный преобразователь перемещений инерционной массы 1.

Твердотельный датчик линейных ускорений работает следующим образом. При воздействии линейного ускорения инерционная масса 1 отклоняется от своего нейтрального положения. Упругие элементы 3 изгибаются, и возникает дисбаланс на сформированных емкостях C1 8 и С2 9 образующих емкостный дифференциальный преобразователь перемещений инерционной массы 1.

Величина этого дисбаланса пропорциональна измеряемому ускорению. Внешние факторы - напряжение питания, температура окружающей среды и т.п. не влияют на точность измерения ускорения в отличие от прототипа. Кроме того дифференциальный принцип дает возможность контролировать не только величину перемещения, но и направление. Таким образом, реализованный дифференциальный принцип измерения существенно повышает точность измерения линейного ускорения по сравнению с прототипом.

Упругие элементы в предлагаемом изобретении соединены с площадками крепления к основанию, расположенными в центре симметрии инерционной массы. И при воздействии отрицательных или положительных температур в центральной точке закрепления, а именно в центре симметрии инерционной массы, которая представляет собой площадки крепления к основанию, механические напряжения равны нулю, в отличие от прототипа. В точке крепления и вблизи ее с учетом линейного закона распределения механических напряжений и деформаций, напряженное состояние отсутствует, в отличие от прототипа. Тем самым обеспечивает резкое уменьшение напряженного состояния на упругий элемент, сопряженный с площадками крепления к основанию - к уменьшению от воздействия внешних факторов и, соответственно, увеличивает точность датчика.

Источники информации:

1. Патент РФ №2 279 092.

2. Патент РФ №131 194 (прототип).

Твердотельный датчик линейных ускорений, содержащий основание, инерционную массу, упругие элементы, соединенные с площадками крепления к основанию, подвижные и неподвижные емкостные гребенчатые преобразователи, отличающийся тем, что сформированы две группы раздельных электрически неподвижных емкостных гребенчатых преобразователей, гребенки подвижных емкостных гребенчатых преобразователей и неподвижных емкостных гребенчатых преобразователей сформированы со смещением относительно друг друга, смещение гребенок первой группы неподвижных и подвижных емкостных гребенчатых преобразователей выполнено в одну сторону, а смещение второй группы неподвижных и подвижных емкостных гребенчатых преобразователей выполнено в противоположную сторону, причем на одинаковые величины смещения, упругие элементы соединены одной стороной с площадками крепления к основанию, другой - с инерционной массой, площадки крепления расположены симметрично в центре симметрии инерционной массы.
ТВЕРДОТЕЛЬНЫЙ ДАТЧИК ЛИНЕЙНЫХ УСКОРЕНИЙ
ТВЕРДОТЕЛЬНЫЙ ДАТЧИК ЛИНЕЙНЫХ УСКОРЕНИЙ
ТВЕРДОТЕЛЬНЫЙ ДАТЧИК ЛИНЕЙНЫХ УСКОРЕНИЙ
Источник поступления информации: Роспатент

Показаны записи 1-10 из 63.
20.10.2015
№216.013.8505

Способ и устройство детоксикации организма

Группа изобретений относится к медицинской технике, нефрологии, урологии, токсикологии и реаниматологии, системам заместительной терапии (ЗТ) и детоксикации и может быть использована в лечении больных с почечной недостаточностью, для замещения утраченной функции выведения метаболитов и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002565656
Дата охранного документа: 20.10.2015
27.12.2015
№216.013.9d3b

Закрытая система вентиляции картера двигателя внутреннего сгорания

Изобретение относится к машиностроению, в частности к устройствам очистки картерных газов в двигателях внутреннего сгорания. Закрытая система вентиляции картера двигателя внутреннего сгорания содержит маслоотделитель, при этом картерные газы отводятся во всасывающую полость турбокомпрессора, а...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002571881
Дата охранного документа: 27.12.2015
20.01.2016
№216.013.9ff2

Способ изготовления электронных узлов на гибком носителе без процессов пайки и сварки

Изобретение относится к технологии производства многокристальных модулей, микросборок и модулей на основе печатных плат с внутренним монтажом компонентов. Технический результат - создание способа производства максимально компактных, надежных, быстродействующих и более экономичных в...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002572588
Дата охранного документа: 20.01.2016
10.02.2016
№216.014.c2f7

Фотокатодный узел

Изобретение относится к фотокатодным узлам вакуумных высокочувствительных, термо- и радиационно-стойких приемников излучений и приемников изображений для спектрального диапазона 0,19-0,45 мкм. Технический результат - расширение спектральной области чувствительности к электромагнитному...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002574214
Дата охранного документа: 10.02.2016
10.06.2016
№216.015.498f

Источник рентгеновского излучения

Изобретение относится к области рентгеновской техники. Источник рентгеновского излучения содержит автокатод, рабочей областью которого является кромка круглого отверстия в проводящем слое, а антикатод (анод) выполнен симметричным относительно оси отверстия автокатода в виде фигуры вращения и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002586621
Дата охранного документа: 10.06.2016
26.08.2017
№217.015.dd03

Способ измерения механических напряжений в мэмс-структурах

Использование: для измерения механических напряжений в МЭМС структурах. Сущность изобретения заключается в том, что способ измерения механических напряжений в МЭМС структурах включает формирование между пленкой-покрытием и основой промежуточного слоя, при этом промежуточный слой может иметь...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002624611
Дата охранного документа: 04.07.2017
26.08.2017
№217.015.ea95

Способ формирования разрывного заряда

Изобретение относится к снаряжению артиллерийских осколочно-фугасных боеприпасов. Способ включает в себя последовательную подачу порций сыпучего взрывчатого состава (ВС) в корпус боеприпаса (БП) и уплотнение каждой из них пуансоном. Причем величину каждой порции определяют в пропорциональной...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002627862
Дата охранного документа: 14.08.2017
29.12.2017
№217.015.f120

Электронная система компенсационного акселерометра

Изобретение относится к области измерительной техники, а именно к устройствам для построения электронной системы преобразователя линейных ускорений. Электронная система компенсационного акселерометра содержит дифференциальный емкостный преобразователь, двухфазный генератор переменного тока,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002638919
Дата охранного документа: 18.12.2017
19.01.2018
№218.016.009e

Суперконденсатор на основе кмоп-технологии

Изобретение относится к твердотельному суперконденсатору и может быть использовано в устройствах хранения энергии разнообразных интегральных микросхем. Суперконденсатор содержит два электрода, размещенный между ними диэлектрический слой, конформно расположенный на нижнем электроде, при этом...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002629364
Дата охранного документа: 29.08.2017
19.01.2018
№218.016.0b19

Устройство для защиты от несанкционированного прослушивания разговоров в помещении

Изобретение относится к области телефонной связи. Техническим результатом является повышение эффективности защиты речевой информации от утечки по техническим каналам. Упомянутый технический результат достигается тем, что в устройстве для защиты от несанкционированного прослушивания разговоров в...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002632188
Дата охранного документа: 04.10.2017
Показаны записи 1-10 из 33.
10.02.2013
№216.012.24c2

Способ получения газопоглощающей структуры

Изобретение относится к вакуумной технике и представляет собой способ получения газопоглощающей структуры для поддержания вакуума в различных приборах, в том числе микроэлектромеханических системах. Газопоглощающая структура представляет собой слой активного металла либо сплава с развитой...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002474912
Дата охранного документа: 10.02.2013
10.09.2013
№216.012.68db

Чувствительный элемент микромеханического акселерометра

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в микромеханических датчиках линейных ускорений. Чувствительный элемент, выполненный из монокристаллического кремния низкой проводимости, содержит центральную площадку, соединенную со стеклянной подложкой, на которых...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002492490
Дата охранного документа: 10.09.2013
27.10.2013
№216.012.7aef

Чувствительный элемент микромеханического компенсационного акселерометра

Изобретение относится к измерительной технике и может применяться в микромеханических компенсационных акселерометрах. Чувствительный элемент содержит инерционную массу, упругие элементы, катушку обратной связи, проводящие дорожки для электрической связи катушек обратной связи со схемой...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002497133
Дата охранного документа: 27.10.2013
10.05.2014
№216.012.c1dd

Микромеханический акселерометр

Изобретение может применяться в микромеханических датчиках линейных ускорений. Сущность изобретения заключается в том, что микромеханический акселерометр содержит чувствительный элемент, выполненный из монокристаллического кремния низкой проводимости, внешнюю рамку с закрепленным на ней...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002515378
Дата охранного документа: 10.05.2014
27.06.2014
№216.012.d606

Способ изготовления гибкой микропечатной платы

Изобретение относится к области приборостроения и радиоэлектроники и может быть использовано при изготовлении гибких микропечатных плат, применяемых при изготовлении вторичных преобразователей микромеханических акселерометров, микрогироскопов, интегральных датчиков давления и других изделий....
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002520568
Дата охранного документа: 27.06.2014
20.07.2014
№216.012.dff1

Устройство защиты выводов микросхемы от электростатических разрядов

Изобретение относится к вычислительной технике. Технический результат заключается в увеличении реактивного импеданса устройства защиты на высоких частотах. Устройство защиты выводов микросхемы от электростатических разрядов, включающее ключевые n-канальный и р-канальный транзисторы, управляющие...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002523115
Дата охранного документа: 20.07.2014
20.07.2014
№216.012.e24c

Нанокомпозитная газопоглощающая структура и способ ее получения

Изобретение относится к вакуумной технике и представляет собой нанокомпозитную газопоглощающую структуру и способ ее получения, предназначенную для поддержания вакуума в различных приборах, в том числе микроэлектромеханических системах. Нанокомпозитная газопоглощающая структура представляет...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002523718
Дата охранного документа: 20.07.2014
20.08.2014
№216.012.ea03

Способ сборки чувствительного элемента микромеханического датчика

Изобретение относится к области приборостроения и может быть использовано при изготовлении чувствительных элементов, применяемых при изготовлении микромеханических акселерометров, микрогироскопов, интегральных датчиков давления. Задачей, на решение которой направлено изобретение, является...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002525715
Дата охранного документа: 20.08.2014
27.11.2014
№216.013.0ba8

Лезвие офтальмохирургическое

Изобретение относится к офтальмологии и может быть использовано для проведения микрохирургических операций. Лезвие офтальмохирургическое содержит корпус с основанием из монокристаллического кремния и режущую кромку. Основание корпуса и режущая кромка порыты слоями нитрида кремния толщиной...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002534392
Дата охранного документа: 27.11.2014
10.01.2015
№216.013.1b50

Устройство контроля герметичности микроструктур

Изобретение относится к технике контроля герметичности микроэлектромеханических и микроэлектронных устройств, для функционирования которых требуется герметичный корпус с внутренней полостью. Сущность: устройство включает камеру экспозиции микроструктур в пробном газе, спектрометр, работающий в...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002538420
Дата охранного документа: 10.01.2015

Похожие РИД в системе