Интегральный микромеханический гироскоп-акселерометр



Интегральный микромеханический гироскоп-акселерометр
Интегральный микромеханический гироскоп-акселерометр
Интегральный микромеханический гироскоп-акселерометр

 


Владельцы патента RU 2597950:

федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Южный федеральный университет" (Южный федеральный университет) (RU)

Изобретение относится к области измерительной техники и микросистемной техники. Сущность изобретения заключается в том, что в устройство дополнительно введены четыре дополнительных неподвижных электрода емкостных преобразователей перемещений, выполненные в виде пластин с гребенчатыми структурами с одной стороны из полупроводникового материала и расположенные непосредственно на полупроводниковой подложке так, что они образуют конденсатор с подвижными электродами емкостных преобразователей перемещений в плоскости их пластин через боковые зазоры и взаимопроникающие друг в друга гребенки электродов, четыре дополнительных неподвижных электрода электростатических приводов, выполненные в виде пластин с гребенчатыми структурами с одной стороны из полупроводникового материала и расположенные непосредственно на полупроводниковой подложке так, что они образуют конденсаторы с подвижными электродами емкостных преобразователей перемещений в плоскости их пластин через боковые зазоры и взаимопроникающие друг в друга гребенки электродов, восемь дополнительных опор, выполненные из полупроводникового материала и расположенные непосредственно на полупроводниковой подложке, восемь дополнительных «П»-образных систем упругих балок, выполненных из полупроводникового материала и расположенных с зазором относительно полупроводниковой подложки, причем четыре подвижных электрода емкостных преобразователей перемещений выполнены в виде «Т»-образных пластин с перфорацией с гребенчатыми структурами с трех сторон, четыре неподвижных электрода емкостных преобразователей перемещений объединены в один, а инерционная масса выполнена с перфорацией. Технический результат - возможность измерения величин угловой скорости и линейного ускорения вдоль осей Z, направленной перпендикулярно плоскости подложки гироскопа-акселерометра, и X, Y, расположенных в плоскости подложки устройства. 2 ил.

 

Предлагаемое изобретение относится к области измерительной техники и микросистемной техники, а более конкретно к интегральным измерительным элементам величин угловой скорости и линейного ускорения.

Известен интегральный микромеханический акселерометр [A. Selvakumar, F. Ayazi, K. Najafi, A High Sensitivity Z-Axis Torsional Silicon Accelerometer, Digest, IEEE International Electron Device Meeting (IEDM′96), San Francisco, CA, December 1996, p. 765, fig. 1a], 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 конденсатор в плоскости ее пластины через боковые зазоры и взаимопроникающие друг в друга гребенки электродов.

Данный акселерометр позволяет измерять величину линейного ускорения вдоль оси Z, направленной перпендикулярно плоскости подложки акселерометра.

Признаками аналога, совпадающими с существенными признаками, являются инерционная масса, упругие балки, выполненные из полупроводникового материала и расположенные с зазором относительно подложки, опоры, выполненные из полупроводникового материала и расположенные непосредственно на подложке, неподвижный электрод емкостного преобразователя перемещений с гребенчатой структурой с одной стороны, выполненный из полупроводникового материала и расположенный непосредственно на подложке.

Недостатком конструкции акселерометра является невозможность измерения величин линейного ускорения вдоль двух взаимно перпендикулярных осей X и Y, расположенных в плоскости подложки и величин угловой скорости.

Функциональным аналогом заявляемого объекта является интегральный микромеханический акселерометр [M.A. Lemkin, B.E. Boser, D. Auslander, J.H. Smith, A 3-Axis Force Balanced Accelerometer Using a Single Proof-Mass, International Conference on Solid-State Sensors and Actuators (Transducers′97), Chicago, June 16-19, 1997, p. 1186, fig. 1], содержащий полупроводниковую подложку с расположенным на ней неподвижным электродом, выполненным из полупроводникового материала, и инерционную массу, расположенную с зазором относительно подложки, выполненную в виде пластины из полупроводникового материала, образующую с неподвижным электродом плоский конденсатор за счет их полного перекрытия, используемый в качестве емкостного преобразователя перемещений, и связанную с полупроводниковой 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 подложке, и неподвижные электроды, выполненные из полупроводникового материала с гребенчатыми структурами и расположенные непосредственно на подложке с зазором относительно инерционной массы так, что образуют конденсаторы в плоскости ее пластины через боковые зазоры и взаимопроникающие друг в друга гребенки электродов, используемые в качестве емкостных преобразователей перемещений.

Данный акселерометр позволяет измерять величины линейного ускорения вдоль осей X и Y, расположенных взаимно перпендикулярно в плоскости подложки, и оси Z, направленной перпендикулярно плоскости подложки.

Признаками аналога, совпадающими с существенными признаками, являются полупроводниковая подложка, инерционная масса, упругие балки, выполненные из полупроводникового материала и расположенные с зазором относительно подложки, опоры, выполненные из полупроводникового материала и расположенные непосредственно на подложке, неподвижные электроды емкостных преобразователей перемещений, выполненные из полупроводникового материала и расположенные на полупроводниковой подложке.

Недостатком конструкции акселерометра является невозможность измерения величин угловой скорости.

Из известных наиболее близким по технической сущности к заявляемому объекту является интегральный микромеханический акселерометр [Б.Г. Коноплев, И.Е. Лысенко, Интегральный микромеханический акселерометр-клинометр, патент РФ на изобретение №2279092, опубликовано 27.06.2006, Бюл. №18], содержащий полупроводниковую подложку с расположенными на ней четырьмя неподвижными электродами емкостных преобразователей перемещений, выполненными из полупроводникового материала, и четырьмя неподвижными электродами емкостных преобразователей перемещений, выполненных из полупроводникового материала с гребенчатыми структурами с одной стороны, четыре подвижных электрода емкостных преобразователей перемещений, выполненные в виде пластин с гребенчатыми структурами с одной стороны из полупроводникового материала и расположенные с зазором относительно полупроводниковой подложки, образующие конденсаторы с неподвижными электродами емкостных преобразователей перемещений в плоскости их пластин через боковые зазоры и взаимопроникающие друг в друга гребенками электродов, и связанных с полупроводниковой подложкой с помощью упругих балок, выполненных из полупроводникового материала, которые одними концами жестко соединены с подвижными электродами емкостных преобразователей перемещений, а другими - с опорами, выполненными из полупроводникового материала и расположенными непосредственно на полупроводниковой подложке, инерционную массу, выполненную в виде пластины из полупроводникового материала, расположенную с зазором относительно полупроводниковой подложки, связанную с подвижными электродами емкостных преобразователей перемещений с помощью упругих балок, выполненных из полупроводникового материала и расположенных с зазором относительно полупроводниковой подложки.

Данный акселерометр позволяет измерять величины линейного ускорения вдоль осей X и Y, расположенных взаимно перпендикулярно в плоскости подложки, и оси Z, направленной перпендикулярно плоскости подложки.

Признаками прототипа, совпадающими с существенными признаками, являются полупроводниковая подложка, инерционная масса, упругие балки, подвижные электроды емкостных преобразователей перемещений, выполненные из полупроводникового материала и расположенные с зазором относительно подложки, опоры, неподвижные электроды емкостных преобразователей перемещений, выполненные из полупроводникового материала и расположенные на полупроводниковой подложке.

Недостатком конструкции акселерометра является невозможность измерения величин угловой скорости.

Задачей предлагаемого изобретения является возможность измерения величин угловых скоростей и линейного ускорения вдоль осей X и Y, расположенных взаимно перпендикулярно в плоскости подложки, и оси Z, направленной перпендикулярно плоскости подложки.

Технический результат, достигаемый при осуществлении предполагаемого изобретения, заключается в возможности измерения величин угловых скоростей и линейного ускорения вдоль осей X и Y, расположенных взаимно перпендикулярно в плоскости подложки, и оси Z, направленной перпендикулярно плоскости подложки.

Технический результат достигается за счет введения четырех дополнительных неподвижных электродов емкостных преобразователей перемещений, выполненных в виде пластин с гребенчатыми структурами с одной стороны из полупроводникового материала и расположенных непосредственно на полупроводниковой подложки так, что он образует конденсатор с подвижными электродами емкостного преобразователя перемещений в плоскости их пластин через боковые зазоры и взаимопроникающие друг в друга гребенки электродов, четырех дополнительных неподвижных электродов электростатических приводов, выполненных в виде пластин с гребенчатыми структурами с одной стороны из полупроводникового материала и расположенных непосредственно на полупроводниковой подложки, так, что они образуют конденсаторы с подвижными электродами емкостных преобразователей перемещений в плоскости их пластин через боковые зазоры и взаимопроникающие друг в друга гребенки электродов, восьми дополнительных опор, выполненных из полупроводникового материала и расположенных непосредственно на полупроводниковой подложки, восьми дополнительных «П»-образных систем упругих балок, выполненных из полупроводникового материала и расположенных с зазором относительно полупроводниковой подложки, причем четыре подвижных электрода емкостных преобразователей перемещений выполнены в виде «Т»-образных пластин с перфорацией с гребенчатыми структурами с трех сторон, четыре неподвижных электрода емкостных преобразователей перемещений объединены в один, а инерционная масса выполнена с перфорацией.

Для достижения необходимого технического результата в интегральный микромеханический акселерометр, содержащий полупроводниковую подложку с расположенными на ней четырьмя неподвижными электродами емкостных преобразователей перемещений, выполненными из полупроводникового материала, четыре неподвижных электрода емкостных преобразователей перемещений, выполненных из полупроводникового материала с гребенчатыми структурами с одной стороны и расположенные непосредственно на полупроводниковой подложке, четыре подвижных электрода емкостных преобразователей перемещений, выполненные в виде пластин с гребенчатыми структурами с одной стороны из полупроводникового материала и расположенные с зазором относительно полупроводниковой подложки, образующие конденсаторы с неподвижными электродами емкостных преобразователей перемещений в плоскости их пластин через боковые зазоры и взаимопроникающие друг в друга гребенками электродов, и связанных с полупроводниковой подложкой с помощью упругих балок, выполненных из полупроводникового материала, которые одними концами жестко соединены с подвижными электродами емкостных преобразователей перемещений, а другими - с опорами, выполненными из полупроводникового материала и расположенными непосредственно на полупроводниковой подложке, инерционную массу, выполненную в виде пластины из полупроводникового материала, расположенную с зазором относительно полупроводниковой подложки, связанную с подвижными электродами емкостных преобразователей перемещений с помощью упругих балок, выполненных из полупроводникового материала и расположенных с зазором относительно полупроводниковой подложки введены четыре дополнительных неподвижных электрода емкостных преобразователей перемещений, выполненные в виде пластин с гребенчатыми структурами с одной стороны из полупроводникового материала и расположенные непосредственно на полупроводниковой подложки так, что он образует конденсатор с подвижными электродами емкостных преобразователей перемещений в плоскости их пластин через боковые зазоры и взаимопроникающие друг в друга гребенки электродов, четыре дополнительных неподвижных электрода электростатических приводов, выполненные в виде пластин с гребенчатыми структурами с одной стороны из полупроводникового материала и расположенные непосредственно на полупроводниковой подложки, так, что они образуют конденсаторы с подвижными электродами емкостных преобразователей перемещений в плоскости их пластин через боковые зазоры и взаимопроникающие друг в друга гребенки электродов, восемь дополнительных опор, выполненные из полупроводникового материала и расположенные непосредственно на полупроводниковой подложки, восемь дополнительных «П»-образных систем упругих балок, выполненных из полупроводникового материала и расположенных с зазором относительно полупроводниковой подложки, причем четыре подвижных электрода емкостных преобразователей перемещений выполнены в виде «Т»-образных пластин с перфорацией с гребенчатыми структурами с трех сторон, четыре неподвижных электрода емкостных преобразователей перемещений объединены в один, а инерционная масса выполнена с перфорацией.

Сравнивая предлагаемое устройство с прототипом, видим, что оно содержит новые признаки, то есть соответствует критерию новизны. Проводя сравнение с аналогами, приходим к выводу, что предлагаемое устройство соответствует критерию «существенные отличия», так как в аналогах не обнаружены предъявляемые новые признаки.

На Фиг. 1 приведена топология предлагаемого интегрального микромеханического гироскопа-акселерометра и показаны сечения. На Фиг. 2 приведена структура предлагаемого интегрального микромеханического гироскопа-акселерометра.

Интегральный микромеханический гироскоп-акселерометр (Фиг. 1) содержит полупроводниковую подложку 1 с расположенными на ней восьмью неподвижными электродами емкостных преобразователей перемещений 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, выполненными из полупроводникового материала с гребенчатыми структурами с одной стороны, неподвижный электрод емкостного преобразователя перемещений 10, выполненного из полупроводникового материала и расположенного непосредственно на подложке, четыре подвижных электрода емкостных преобразователей перемещений 11, 12, 13, 14, выполненные в виде «Т»-образных пластин с перфорацией с гребенчатыми структурами с трех сторон из полупроводникового материала и расположенные с зазором относительно полупроводниковой подложки 1, образующие конденсаторы с неподвижными электродами емкостных преобразователей перемещений 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 в плоскости их пластин через боковые зазоры и взаимопроникающие друг в друга гребенками электродов, и связанные с полупроводниковой подложкой 1 с помощью упругих балок 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, выполненных из полупроводникового материала, которые одними концами жестко соединены с подвижными электродами емкостных преобразователей перемещений 11, 12, 13, 14, а другими - с опорами 23, 24, 25, 26, выполненными из полупроводникового материала и расположенными непосредственно на полупроводниковой подложке 1, и с помощью «П»-образных систем дополнительных упругих балок 27, 28, 29, 30, 31, 32, 33, 34, выполненных из полупроводникового материала, которые одними концами жестко соединены с подвижными электродами емкостных преобразователей перемещений 11, 12, 13, 14, а другими - с дополнительными опорами 35, 36, 37, 38, 39, 40, 41, 42, выполненными из полупроводникового материала и расположенными непосредственно на полупроводниковой подложке 1, четыре неподвижных электрода электростатических приводов 43, 44, 45, 46, выполненные из полупроводникового материала с гребенчатыми структурами с одной стороны и расположенные непосредственно на полупроводниковой подложки 1, образующие конденсаторы с подвижными электродами емкостных преобразователей перемещений 11, 12, 13, 14 в плоскости их пластин через боковые зазоры и взаимопроникающие друг в друга гребенками электродов, инерционную массу 47, выполненную в виде пластины с перфорацией из полупроводникового материала, расположенную с зазором относительно полупроводниковой подложки 1, образующую с расположенным на полупроводниковой подложке 1 неподвижным электродом емкостного преобразователя перемещений 10 плоский конденсатор за счет их полного перекрытия, и связанную с подвижными электродами емкостных преобразователей перемещений 11, 12, 13, 14 с помощью упругих балок 48, 49, 50, 51, выполненных из полупроводникового материала и расположенных с зазором относительно полупроводниковой подложки 1.

Работает устройство следующим образом.

При возникновении линейного ускорения вдоль оси X, расположенной в плоскости полупроводниковой подложки 1, инерционная масса 47 под действием сил инерции начинает перемещаться вдоль оси X в плоскости полупроводниковой подложки 1, за счет изгиба упругих балок 17, 18, 21, 22, которые одними концами жестко соединены с подвижными электродами емкостных преобразователей перемещений 12, 14, а другими - с опорами 23, 24, 25, 26, соответственно, упругих балок 49, 51, и «П»-образных систем упругих балок 27, 28, 31, 32, которые одними концами жестко соединены с подвижными электродами емкостных преобразователей перемещений 12, 14, а другими - с опорами 35, 36, 39, 40. Разность напряжений, генерируемых на емкостных преобразователях перемещений, образованных неподвижными электродами емкостных преобразователей перемещений 4, 5, 8, 9 и подвижными электродами емкостных преобразователей перемещений 12, 14, соответственно, за счет изменения величины зазора между ними, характеризует величину линейного ускорения.

При возникновении линейного ускорения вдоль оси Y, расположенной в плоскости полупроводниковой подложки 1, инерционная масса 47 под действием сил инерции начинает перемещаться вдоль оси Y в плоскости полупроводниковой подложки 1, за счет изгиба упругих балок 15, 16, 19, 20, которые одними концами жестко соединены с подвижными электродами емкостных преобразователей перемещений 11, 13, а другими - с опорами 23, 24, 25, 26, соответственно, упругих балок 48, 50, и «П»-образных систем упругих балок 29, 30, 33, 34, которые одними концами жестко соединены с подвижными электродами емкостных преобразователей перемещений 11, 13, а другими - с опорами 37, 38, 41, 42. Разность напряжений, генерируемых на емкостных преобразователях перемещений, образованных неподвижными электродами емкостных преобразователей перемещений 2, 3, 6, 7 и подвижными электродами емкостных преобразователей перемещений 11, 13, соответственно, за счет изменения величины зазора между ними, характеризует величину линейного ускорения.

При возникновении линейного ускорения вдоль оси Z, направленной перпендикулярно плоскости полупроводниковой подложки 1, инерционная масса 47 под действием сил инерции начинает перемещаться перпендикулярно плоскости полупроводниковой подложки 1, за счет изгиба упругих балок 48, 49, 50, 51 и кручения упругих балок 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22. Напряжение, генерируемое на емкостном преобразователе перемещений, образованного неподвижным электродом емкостного преобразователя перемещений 10 и инерционной массой 47, соответственно, за счет изменения величины зазора между ними, характеризуют величину линейного ускорения.

При подаче на неподвижные электроды электростатических приводов с гребенчатыми структурами с одной стороны 43, 45 переменных напряжений, сдвинутых относительно друг друга по фазе на 180°, относительно подвижных электродов 14, 12 между ними возникает электростатическое взаимодействие, что приводит к возникновению колебаний инерционной массы 47 в плоскости полупроводниковой подложки 1 вдоль оси X, за счет изгиба упругих балок 17, 18, 21, 22, 49, 51, и «П»-образных систем упругих балок 27, 28, 31, 32.

При возникновении угловой скорости вдоль оси Z, расположенной перпендикулярно плоскости полупроводниковой подложки 1, инерционная масса 47 и подвижные электроды емкостных преобразователей перемещений 11, 13 под действием сил инерции Кориолиса начинает совершать колебания в плоскости полупроводниковой подложки 1 вдоль оси Y, за счет изгиба упругих балок 15, 16, 19, 20, 48, 50 и «П»-образных систем упругих балок 29, 30, 33, 34. Разность напряжений, генерируемых на емкостных преобразователях перемещений, образованных неподвижными электродами емкостных преобразователей перемещений 2, 3, 6, 7 и подвижными электродами емкостных преобразователей перемещений 11, 13, соответственно, за счет изменения величины зазора между ними, характеризует величину угловой скорости.

При возникновении угловой скорости вдоль оси Y, расположенной в плоскости полупроводниковой подложки 1, инерционная масса 47 под действием сил инерции Кориолиса начинает совершать колебания перпендикулярно плоскости полупроводниковой подложки 1 вдоль оси Z, за счет изгиба упругих балок 48, 49, 50, 51 и кручения упругих балок 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22. Напряжение, генерируемое на емкостном преобразователе перемещений, образованного неподвижным электродом емкостного преобразователя перемещений 10 и инерционной массой 47, за счет изменения величины зазора между ними, характеризует величину угловой скорости.

При подаче на неподвижные электроды электростатических приводов с гребенчатыми структурами с одной стороны 44, 46 переменных напряжений, сдвинутых относительно друг друга по фазе на 180°, относительно подвижных электродов 11, 13 между ними возникает электростатическое взаимодействие, что приводит к возникновению колебаний инерционной массы 47 в плоскости полупроводниковой подложки 1 вдоль оси Y, за счет изгиба упругих балок 15, 16, 19, 20, 48, 50, и «П»-образных систем упругих балок 29, 30, 33, 34.

При возникновении угловой скорости вдоль оси Z, расположенной перпендикулярно плоскости полупроводниковой подложки 1, инерционная масса 47 и подвижные электроды емкостных преобразователей перемещений 12, 14 под действием сил инерции Кориолиса начинает совершать колебания в плоскости полупроводниковой подложки 1 вдоль оси X, за счет изгиба упругих балок 17, 18, 21, 22, 49, 51 и «П»-образных систем упругих балок 27, 28, 31, 32. Разность напряжений, генерируемых на емкостных преобразователях перемещений, образованных неподвижными электродами емкостных преобразователей перемещений 4, 5, 8, 9 и подвижными электродами емкостных преобразователей перемещений 12, 14, соответственно, за счет изменения величины зазора между ними, характеризует величину угловой скорости.

При возникновении угловой скорости вдоль оси X, расположенной в плоскости полупроводниковой подложки 1, инерционная масса 47 под действием сил инерции Кориолиса начинает совершать колебания перпендикулярно плоскости полупроводниковой подложки 1 вдоль оси Z, за счет изгиба упругих балок 48, 49, 50, 51 и кручения упругих балок 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22. Напряжение, генерируемое на емкостном преобразователе перемещений, образованного неподвижным электродом емкостного преобразователя перемещений 10 и инерционной массой 47, за счет изменения величины зазора между ними, характеризует величину угловой скорости.

Опоры 23, 24, 25, 26 выполняют роль ограничителя движения инерционной массы 47 в плоскости полупроводниковой подложки 1.

Таким образом, предлагаемое устройство представляет собой интегральный микромеханический гироскоп-акселерометр, позволяющий измерять величины угловой скорости и ускорения вдоль осей X, Y, расположенных в плоскости подложки, и оси Z, направленной перпендикулярно плоскости подложки.

Введение четырех дополнительных неподвижных электродов емкостных преобразователей перемещений, выполненных в виде пластин с гребенчатыми структурами с одной стороны из полупроводникового материала и расположенных непосредственно на полупроводниковой подложки так, что он образует конденсатор с подвижными электродами емкостного преобразователя перемещений в плоскости их пластин через боковые зазоры и взаимопроникающие друг в друга гребенки электродов, четырех дополнительных неподвижных электрода электростатических приводов, выполненные в виде пластин с гребенчатыми структурами с одной стороны из полупроводникового материала и расположенные непосредственно на полупроводниковой подложки, так, что они образуют конденсаторы с подвижными электродами емкостных преобразователей перемещений в плоскости их пластин через боковые зазоры и взаимопроникающие друг в друга гребенки электродов, восьми дополнительных опор, выполненных из полупроводникового материала и расположенных непосредственно на полупроводниковой подложки, восьми дополнительных «П»-образных систем упругих балок, выполненных из полупроводникового материала и расположенных с зазором относительно полупроводниковой подложки, причем четыре подвижных электрода емкостных преобразователей перемещений выполнены в виде «Т»-образных пластин с перфорацией с гребенчатыми структурами с трех сторон, четыре неподвижных электрода емкостных преобразователей перемещений объединены в один, а инерционная масса выполнена с перфорацией, позволяет измерять величины угловой скорости и линейного ускорения вдоль осей Z, направленной перпендикулярно плоскости подложки гироскопа-акселерометра, и X, Y, расположенных в плоскости подложки, что позволяет использовать предлагаемое изобретение в качестве интегрального измерительного элемента величин угловой скорости и линейного ускорения.

Таким образом, по сравнению с аналогичными устройствами, предлагаемый интегральный микромеханический гироскоп-акселерометр позволяет сократить площадь подложки, используемую под размещение измерительных элементов величин угловой скорости и линейного ускорения, так как для измерения величин угловой скорости и линейного ускорения по осям X, Y, Z используется только один интегральный микромеханический сенсор.

Интегральный микромеханический гироскоп-акселерометр, содержащий полупроводниковую подложку с расположенными на ней четырьмя неподвижными электродами емкостных преобразователей перемещений, выполненными из полупроводникового материала, четырьмя неподвижными электродами емкостных преобразователей перемещений, выполненными из полупроводникового материала с гребенчатыми структурами с одной стороны, четыре подвижных электрода емкостных преобразователей перемещений, выполненные в виде пластин с гребенчатыми структурами с одной стороны из полупроводникового материала и расположенные с зазором относительно полупроводниковой подложки, образующие конденсаторы с неподвижными электродами емкостных преобразователей перемещений в плоскости их пластин через боковые зазоры и взаимопроникающие друг в друга гребенки электродов, связанные с полупроводниковой подложкой с помощью упругих балок, выполненных из полупроводникового материала, которые одними концами жестко соединены с подвижными электродами емкостных преобразователей перемещений, а другими - с опорами, выполненными из полупроводникового материала и расположенными непосредственно на полупроводниковой подложке, инерционную массу, выполненную в виде пластины из полупроводникового материала, расположенную с зазором относительно полупроводниковой подложки, связанную с подвижными электродами емкостных преобразователей перемещений с помощью упругих балок, выполненных из полупроводникового материала и расположенных с зазором относительно полупроводниковой подложки, отличающийся тем, что в него введены четыре дополнительных неподвижных электрода емкостных преобразователей перемещений, выполненные в виде пластин с гребенчатыми структурами с одной стороны из полупроводникового материала и расположенные непосредственно на полупроводниковой подложке так, что они образуют конденсатор с подвижными электродами емкостных преобразователей перемещений в плоскости их пластин через боковые зазоры и взаимопроникающие друг в друга гребенки электродов, четыре дополнительных неподвижных электрода электростатических приводов, выполненные в виде пластин с гребенчатыми структурами с одной стороны из полупроводникового материала и расположенные непосредственно на полупроводниковой подложке так, что они образуют конденсаторы с подвижными электродами емкостных преобразователей перемещений в плоскости их пластин через боковые зазоры и взаимопроникающие друг в друга гребенки электродов, восемь дополнительных опор, выполненные из полупроводникового материала и расположенные непосредственно на полупроводниковой подложке, восемь дополнительных «П»-образных систем упругих балок, выполненных из полупроводникового материала и расположенных с зазором относительно полупроводниковой подложки, причем четыре подвижных электрода емкостных преобразователей перемещений выполнены в виде «Т»-образных пластин с перфорацией с гребенчатыми структурами с трех сторон, четыре неподвижных электрода емкостных преобразователей перемещений объединены в один, а инерционная масса выполнена с перфорацией.



 

Похожие патенты:

Устройство относится к измерительной технике, а именно к датчикам угловых ускорений, принцип действия которых основан на законе электромагнитной индукции. Датчик угловых ускорений с жидкостным ротором содержит чувствительный элемент и тороидальный корпус, заполненный жидкостью.

Изобретение относится к измерительным устройствам и может быть использовано в МЭМС акселерометрах и гироскопах. Емкостный датчик перемещений содержит широтно-импульсный модулятор, подвижный электрод и выполненные на изоляционных обкладках неподвижные электроды, размещенные симметрично относительно подвижного электрода с одинаковыми зазорами, каждый неподвижный электрод разделен пополам, а одинаковые части, размещенные с разных сторон подвижного электрода на одинаковом расстоянии от оси качания, соединены между собой перекрестно и составляют два дифференциально включенных измерительных конденсатора, которые при равных зазорах имеют одинаковую емкость, при этом неподвижные электроды, находящиеся на одной изоляционной обкладке, разделены асимметрично относительно оси качания и перекрывают всю площадь подвижного электрода, а ответные неподвижные электроды выполнены симметрично относительно плоскости подвижного электрода.

Изобретение относится к навигационным устройствам, в частности может быть использовано для определения направления на географический север. Техническим результатом изобретения является повышение точности определения направления на географический север.

Изобретение относится к измерительной технике. Устройство содержит две дифференциальные измерительные емкости, источник опорного напряжения, пару ключей зарядки измерительных емкостей, генератор тактовых импульсов, инвертор напряжения, пару ключей для съема сигнала с измерительных емкостей и фильтр нижних частот.

Изобретение относится к измерительной технике и может применяться в навигационно-пилотажных системах летательных аппаратов. Сущность изобретения заключается в том, что чувствительный элемент микроэлектромеханического гироскопа выполнен из монокристаллического кремния, представляющий конструкцию «рамка в рамке».

Изобретение относится к измерительной технике. Микромеханический демпфер содержит демпфирующий узел, выполненный в виде сосредоточенной массы, соединенной с помощью упругих подвесов с демпфируемым узлом, с целью получения оптимального демпфирования, при этом в устройстве выполнено следующее соотношение между параметрами: Kд1 - абсолютный коэффициент демпфирования внешнего узла (демпфируемого); Kд2 - абсолютный коэффициент демпфирования внутреннего узла внешнего узла (демпфирующего); m1 - масса внешнего узла; m2 - масса внутреннего узла; G1 - жесткость подвеса внешнего узла; G2 - жесткость подвеса внутреннего узла; χ - коэффициент механической связи между внешним и внутренним узлами.

Изобретение относится к области испытания механических систем, у которых главными деталями являются вращающиеся тела, о сопротивлениях движению которых судят по замедлению при выбеге, и может быть использовано для определения отрицательных ускорений вращающихся частей.

Изобретение относится к области измерительной техники и касается линейного микроакселерометра с оптической системой. Микроакселерометр включает в себя корпус, две инерционные массы на упругих подвесах, два датчика положения, два компенсационных преобразователя.

Изобретение относится к измерительной технике. Устройство содержит положительный и отрицательный источники опорных напряжений, ключевую схему для переключения полярности источников опорных напряжений, генератор синхронизирующих импульсов, сумматор обратной связи, дифференциальные измерительные емкости, первый синхронный детектор.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в системах ориентации и навигации. Линейный микроакселерометр содержит основание, крышку, рамку с инерционной массой, выполненной из кремния, установленную с возможностью линейного перемещения на упругих подвесах вдоль продольной оси, датчик положения и источник напряжения, при этом в устройство дополнительно введены два компаратора, два усилителя тока, ключ, электромагнитный силовой привод, состоящий из 2N катушек, размещенных на 2N магнитопроводящих сердечниках с явно выраженными полюсами, направленными к торцевым сторонам инерционной массы, при этом магнитопроводящие сердечники размещены на противоположных торцевых сторонах рамки по N с каждой стороны, а на поверхности инерционной массы в области каждого из торцов расположены магнитопроводы, замыкающие магнитные потоки катушек, причем входы катушек подключены к выходу ключа, входы которого через компараторы подключены к датчику положения, который выполнен оптическим, и состоит из излучателя и фотоприемников, при этом излучатель подключен к источнику напряжения, а между излучателем и фотоприемниками расположена оптическая щель.

Изобретение относится к области измерительной техники и микросистемной техники. Сущность изобретения заключается в том, что в устройство дополнительно введены четыре дополнительных подвижных электрода емкостных преобразователей перемещений, выполненные в виде пластин с перфорацией с гребенчатыми структурами с двух сторон из полупроводникового материала и расположенные с зазором относительно подложки, восемь дополнительных неподвижных электродов емкостных преобразователей перемещений, выполненные с гребенчатыми структурами с одной стороны и расположенные непосредственно на подложке так, что они образуют с дополнительными подвижными электродами емкостных преобразователей перемещений конденсаторы в плоскости их пластин через боковые зазоры и взаимопроникающие друг в друга гребенки электродов, четыре дополнительных подвижных электрода электростатических приводов, выполненные в виде пластин с перфорацией с гребенчатыми структурами с двух сторон из полупроводникового материала и расположенные с зазором относительно подложки, девять дополнительных неподвижных электродов электростатических приводов, выполненные с гребенчатыми структурами с одной стороны из полупроводникового материала и расположенные непосредственно на подложке так, что они образуют электростатическое взаимодействие с подвижными электродами электростатических приводов в плоскости их пластин через боковые зазоры и взаимопроникающие друг в друга гребенки электродов, шестнадцать «П»-образных систем упругих балок, выполненные в виде пластин из полупроводникового материала и расположенные с зазором относительно подложки, и двадцать одна дополнительная опора, выполненные из полупроводникового материала и расположенные непосредственно на подложке, причем две инерционные массы выполнены с перфорацией, а подложка и неподвижные электроды емкостных преобразователей перемещений выполнены из полупроводникового материала. Технический результат - возможность измерения величин угловой скорости вдоль осей Y, расположенной в плоскости подложки, и Z, направленной перпендикулярно плоскости подложки, и величин линейных ускорений вдоль осей Χ, Y, Z. 2 ил.
Наверх