Чувствительный элемент интегрального акселерометра

Изобретение относится к измерительной технике и может применяться при изготовлении интегральных акселерометров. Чувствительный элемент выполнен из проводящего монокристаллического кремния и содержит маятник 4, соединенный с помощью упругих подвесов 3 с каркасной кромкой 2, которая с помощью консольной балки 7 соединена с несущей рамкой 1. Рамка 1 площадками крепления жестко соединена с основанием акселерометра. За счет введения несущей рамки 1, которая вместо каркасной рамки 2 жестко соединяется с основанием, исключаются контактные напряжения в каркасной рамке 2, влияющие на точность прибора. 1 ил.

 

Изобретение относится к измерительной технике и может применяться в интегральных акселерометрах.

Известен чувствительный элемент интегрального акселерометра [1], который содержит маятник и упругие подвесы, соединяющие маятник с рамкой чувствительного элемента, которая непосредственно крепится к основанию.

Недостатком такого чувствительного элемента является низкая точность, связанная с влиянием контактных напряжений, возникающих в местах крепления рамки, на упругие подвесы маятника.

Известен также чувствительный элемент интегрального акселерометра [2], содержащий кремниевый проводящий маятник, соединенный с помощью упругих подвесов с рамкой, которая одновременно выполняет роль жесткого каркаса чувствительного элемента, при этом опорные крепления для анодного соединения чувствительного элемента с неподвижным основанием акселерометра расположены непосредственно на рамке.

Недостатком данного устройства является нестабильность смещения нулевого сигнала вследствие высокого уровня контактных напряжений, возникающих в местах расположения опор крепления, а следовательно, снижается точность прибора в целом.

Задачей, на решение которой направлено данное изобретение, является снижение влияния контактных напряжений в рамке чувствительного элемента и, как следствие, повышение точности акселерометра.

Для достижения поставленной задачи в чувствительный элемент интегрального акселерометра, содержащий кремниевый проводящий маятник, соединенный упругими подвесами с каркасной рамкой, введена дополнительная несущая рамка крепления, соединенная консольной балкой с каркасной рамкой и жестко соединенная с неподвижным основанием акселерометра.

Существенным отличием заявленного устройства по сравнению с известным является то, что несущая рамка крепления чувствительного элемента к неподвижному основанию и каркасная рамка, на которой подвешен маятник, соединены между собой посредством консольной балки, что исключает влияние контактных напряжений от мест крепления к упругим подвесам.

Предлагаемый чувствительный элемент интегрального акселерометра иллюстрируется чертежом.

Несущая рамка 1 с помощью консольной балки 7 соединена с каркасной рамкой 2. На каркасной рамке 2 с помощью упругих подвесов 3 подвешен маятник 4 в виде прямоугольной пластины. На маятнике 4 выполнены сквозные щели 5, расположенные крестообразно и предназначенные для подгонки коэффициента демпфирования. На каркасной рамке 2 размещены площадки 6 для соединения с неподвижными обкладками датчика перемещений (на чертеже неподвижные обкладки не показаны). Несущая рамка 1 жестко соединена с неподвижным основанием акселерометра с помощью площадок крепления (не показаны).

Устройство работает следующим образом. При действии ускорения вдоль оси, перпендикулярной к плоскости чертежа, маятник 4 поворачивается на угол, определяемый свойствами упругих элементов 3 и величиной измеряемого ускорения, и, измеряя отклонение маятника 4, можно судить о величине воздействующего ускорения.

Поскольку каркасная рамка 2 соединена с несущей рамкой 1 консольной балкой 7, то возможные напряжения, возникающие при изменении температуры, от точек крепления несущей рамки 7 к упругим подвесам 3 оцениваются следующей зависимостью:

где ν - коэффициент Пуассона; S - площадь контакта; у₀ - толщина каркасной рамки; p - давление на контакт; L - расстояние от площадок крепления до заданного сечения.

Из формулы (1) видно, что путь распространения механических напряжений от площадок крепления несущей рамки 1 к неподвижному основанию до упругих подвесов 3 на каркасной рамке 2 увеличен. Соответственно величина механических напряжений около подвесов 3 снижается обратно пропорционально длине пути распространения. Отмеченные свойства подтверждают преимущества заявляемого изобретения перед известными решениями.

Источники информации

1. Паршин В.А., Харитонов В.И. Особенности технологии мультисенсорных датчиков с нелегированными упругими подвесами. //Датчики и системы. 2002. №2. С.22-24.

2. Мокров Е.А., Папко А.А. Акселерометры НИИ физических измерений – элементы микросистемотехники. //Микросистемная техника. 2002. №1. С.3-9 (прототип).

Чувствительный элемент интегрального акселерометра, содержащий кремниевый проводящий маятник, соединенный упругими подвесами с каркасной рамкой, отличающийся тем, что в чувствительный элемент введена дополнительная несущая рамка крепления, соединенная консольной балкой с каркасной рамкой и жестко соединенная с неподвижным основанием акселерометра.