×
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 21-30 из 66.
25.06.2018
№218.016.66c1

Автономный портативный термоэлектрический источник питания

Изобретение относится к термоэлектрическим источникам питания. Сущность изобретения: автономный портативный термоэлектрический источник питания включает термоэлектрическое устройство, преобразующее тепло в электричество, источник тепла, находящийся в тепловом контакте с нагреваемой стороной...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002658494
Дата охранного документа: 21.06.2018
03.07.2018
№218.016.6a1e

Следящий синусно-косинусный преобразователь угла в код

Изобретение относится к области измерительной техники, в частности к синусно-косинусным преобразователям угла в код. Техническим результатом является повышение разрядности преобразователя при меньшем объеме ПЗУ без потери быстродействия преобразования. Следящий синусно-косинусный...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002659468
Дата охранного документа: 02.07.2018
21.07.2018
№218.016.73a4

Чувствительный элемент биологического сенсора

Изобретение относится к чувствительным элементам на основе углеродных нанотрубок и может быть использовано в технологических операциях создания электрохимических сенсоров, устройств фотовольтаики на гибких подложках. Чувствительный элемент включает в себя сетку углеродных нанотрубок между...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002661884
Дата охранного документа: 20.07.2018
24.07.2018
№218.016.7451

Способ герметизации мэмс устройств

Использование: для герметизации МЭМС устройств. Сущность изобретения заключается в том, что способ включает формирование в приборном слое изолирующих канавок глубиной до захороненного окисла, формирование на поверхности приборного слоя металла в зоне эвтектического сплава и на контактных...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002662061
Дата охранного документа: 23.07.2018
24.07.2018
№218.016.7495

Биполярный датчик деформации на основе биосовместимого наноматериала

Использование: для создания тензорезисторных датчиков деформации и давления. Сущность изобретения заключается в том, что биполярный датчик содержит тонкую пленку толщиной 0,05-0,5 мкм из композиционного наноматериала в составе бычьего сывороточного альбумина или микрокристаллической целлюлозы и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002662060
Дата охранного документа: 23.07.2018
28.08.2018
№218.016.7fb1

Способ функционализации поверхности изделий из полилактида

Изобретение относится к полимерной промышленности и может быть использовано для медицинских имплантов и культивирования клеток. Осуществляют модификацию поверхности изделий из полилактида путем функционализации гидроксильными группами посредством обработки высокочастотной плазмой разряда...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002664925
Дата охранного документа: 23.08.2018
28.08.2018
№218.016.802b

Устройство для химического разделения полупроводниковых пластин на кристаллы

Изобретение относится к устройствам для химического жидкостного разделения полупроводниковых пластин на кристаллы без использования механических устройств и электроэнергии. Устройство для химического разделения полупроводниковых пластин на кристаллы содержит рабочую емкость, перфорированные...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002664882
Дата охранного документа: 23.08.2018
28.08.2018
№218.016.802d

Следящий преобразователь тока компенсационного типа

Следящий преобразователь тока компенсационного типа относится к устройствам измерения электрического тока. Преобразователь содержит магнитопровод 1 с токовой 2 и компенсационной 3 катушками. В воздушном зазоре магнитопровода 1 установлены элементы Холла 4 и 5, которые по цепи питания соединены...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002664880
Дата охранного документа: 23.08.2018
28.08.2018
№218.016.802e

Способ изменения фоно-целевого образа объекта, формируемого радиолокационной станцией

Изобретение относится к радиотехнике, а конкретно к формированию покрытий, уменьшающих заметность объектов при их обнаружении радаром, и может быть использовано при создании противорадиолокационных покрытий, материалов и устройств, изменяющих фоно-целевые образы транспортных средств и других...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002664885
Дата охранного документа: 23.08.2018
07.09.2018
№218.016.8398

Способ формирования фоторезистивной пленки из раствора на поверхности подложки

Изобретение может быть использовано для формирования фоторезистивных пленок, однородных по толщине и пригодных для проведения операций фотолитографии для формирования интегральных микросхем, МЭМС и СВЧ-структур на подложках, в том числе со сложным рельефом, где перепад высот существенно больше...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002666175
Дата охранного документа: 06.09.2018
Показаны записи 21-30 из 33.
12.01.2017
№217.015.601a

Автоэмиссионный элемент с катодами на основе углеродных нанотрубок и способ его изготовления

Изобретение относится к приборам вакуумной и твердотельной электроники, в частности к автоэмиссионным элементам на основе углеродных нанотрубок (УНТ), используемых в качестве катодов: к диодам, к триодам и к устройствам на их основе. Технический результат - повышение тока автоэмиссии и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002590897
Дата охранного документа: 10.07.2016
13.01.2017
№217.015.6c8b

Способ изготовления микроэлектронного узла на пластичном основании

Изобретение относится к технологии производства многокристальных модулей, микросборок с внутренним монтажом компонентов. Технический результат - уменьшение трудоемкости изготовления, расширение функциональных возможностей и повышение надежности микроэлектронных узлов. Достигается тем, что в...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002597210
Дата охранного документа: 10.09.2016
25.08.2017
№217.015.99c9

Способ получения аморфных пленок халькогенидных стеклообразных полупроводников с эффектом фазовой памяти

Изобретение относится к способу получения тонких аморфных пленок халькогенидных стеклообразных полупроводников с эффектом фазовой памяти и может быть использовано в качестве рабочего слоя в устройстве энергонезависимой фазовой памяти для электронной техники. Используют модифицированный...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002609764
Дата охранного документа: 02.02.2017
25.08.2017
№217.015.b6d8

Варикап и способ его изготовления

Изобретение относится к области микроэлектроники и микросистемной техники и представляет собой конденсатор с емкостью, управляемой напряжением, т.е. варикап. Варикап представляет собой гетероструктуру «металл-пористый кремний», где поры пористого кремния заполнены металлом с помощью...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002614663
Дата охранного документа: 28.03.2017
25.08.2017
№217.015.c4e4

Способ изготовления эпитаксиального слоя кремния на диэлектрической подложке

Изобретение относится к области формирования эпитаксиальных слоев кремния на изоляторе. Способ предназначен для изготовления эпитаксиальных слоев монокристаллического кремния n- и p-типа проводимости на диэлектрических подложках из материала с параметрами кристаллической решетки, близкими к...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002618279
Дата охранного документа: 03.05.2017
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
29.12.2017
№217.015.fecb

Способ получения аморфных пленок халькогенидных стеклообразных полупроводников с эффектом фазовой памяти

Изобретение относится к способу получения тонких пленок, в частности к получению аморфных пленок халькогенидных стеклообразных полупроводников с эффектом фазовой памяти, и может быть использовано в качестве рабочего слоя в приборах записи информации. Осуществляют нанесение слоя халькогенидного...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002631071
Дата охранного документа: 18.09.2017
20.01.2018
№218.016.1bdd

Способ изготовления пластичных радиоэлектронных узлов и межсоединений

Настоящее изобретение относится к приборостроению, а именно к технологии производства пластичных электронных устройств и межсоединений, которые обладают способностью компенсировать большие деформации (растяжение и сжатие), сохраняя при этом функциональное состояние, и способу получения таких...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002636575
Дата охранного документа: 24.11.2017
04.04.2018
№218.016.34c6

Способ изготовления гетероэпитаксиального слоя кремния на диэлектрике

Изобретение относится к полупроводниковой технике, а именно к области изготовления гетероэпитаксиальных слоев монокристаллического кремния различного типа проводимости и высокоомных слоев в производстве СВЧ-приборов, фото- и тензочувствительных элементов, различных интегральных схем с...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002646070
Дата охранного документа: 01.03.2018
29.05.2018
№218.016.5692

Способ повышения плотности тока и деградационной стойкости автоэмиссионных катодов на кремниевых пластинах

Изобретение относится к области электронной техники и может быть использовано при изготовлении изделий светоиндикаторной техники и эмиссионной электроники на основе автоэлектронной эмиссии матрицы многоострийных углеродных эмиттеров на пластинах монокристаллического кремния. Изготовление...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002654522
Дата охранного документа: 21.05.2018
+ добавить свой РИД