Статья

Название статьи ВЫСОКОЧУВСТВИТЕЛЬНЫЕ УСТРОЙСТВА ОБРАБОТКИ СИГНАЛОВ МИКРОМЕХАНИЧЕСКИХ ГИРОСКОПОВ И АКСЕЛЕРОМЕТРОВ
Автор Е.А. Рындин
Рубрика РАЗДЕЛ IV. НАНОСИСТЕМНАЯ ТЕХНИКА
Месяц, год 09, 2015
Индекс УДК 621.3.049.77
DOI
Аннотация Рассмотрен метод построения устройств обработки сигналов емкостных преобразователей микромеханических гироскопов и акселерометров, предполагающий выполнение преобразования «емкость – частота» посредством выделения разностной частоты колебаний двух генераторов, в частотозадающие цепи которых включены емкости микромеханических преобразователей гироскопов или акселерометров. Рассмотрена схема преобразователя «емкость – частота», обеспечивающая высокую чувствительность, стабильность при изменениях температуры и напряжения питания и устойчивость к шумам благодаря разностному принципу формирования выходного сигнала. Выходные гармонические сигналы генераторов подаются на смеситель, на выходе которого формируется сигнал биений. Частота биений является разностной частотой измерительных генераторов и определяется разностью емкостей микромеханического преобразователя. Сигнал биений с выхода смесителя поступает на детектор, выделяющий огибающую данного сигнала, которая усиливается линейным усилителем и подается на формирователь выходных прямоугольных импульсов соответствующей частоты для последующей цифровой обработки. Частотный выход данной схемы позволяет оптимизировать устройство последующей цифровой обработки информации о регистрируемых значениях угловой скорости или линейного ускорения. Разностный принцип формирования выходного сигнала обеспечивает высокую чувствительность устройства без использования зарядовых усилителей, что позволяет повысить устойчивость схемы к шумам. Использование для формирования выходных импульсов двух идентичных генераторов обеспечивает частичную компенсацию температурных изменений выходной частоты, расширяя диапазон рабочих температур устройства. Для оценки эффективности предложенного метода построения устройств обработки сигналов емкостных преобразователей микромеханических гироскопов и акселерометров разработаны, изготовлены и исследованы макеты аналогового и цифрового вариантов устройств обработки сигналов емкостных микромеханических преобразователей.

Скачать в PDF

Ключевые слова Микромеханический гироскоп; акселерометр; обработка сигналов.
Библиографический список 1. Вернер В.Д., Мальцев П.П., Резнев А.А., Сауров А.Н., Чаплыгин Ю.А. Современные тенденции развития микросистемной техники // Нано- и микросистемная техника. – 2008. – № 8. – С. 2-6.
2. Иванов А.А., Мальцев П.П. Микросистемная техника – основа научно-технической революции в военном деле // Микросистемная техника. – 2004. – № 10. – С. 2-6.
3. Elwenspoek M., Wiegerink R. Mechanical microsensors. – Springer, 2001. – 308 p.
4. Гольцова М.М., Юдинцев В.А. МЭМС: большие рынки малых устройств // Нано- и микросистемная техника. – 2008. – № 4. – С. 9-13.
5. Шелепин Н.А. Кремниевые микросенсоры и микросистемы: от бытовой техники до авиационных приборов // Микросистемная техника. – 2000. – № 1. – С. 40-43.
6. Прокофьев И.В., Тихонов Р.Д. Нано- и микросистемы для мониторинга параметров движения транспортных средств // Нано- и микросистемная техника. – 2011. – № 12. – С. 48-50.
7. Анчурин С.А., Максимов В.Н., Морозов Е.С., Головань А.С., Шилов В.Ф. Блок инерциальных датчиков // Нано- и микросистемная техника. – 2011. – № 1. – С. 50-53.
8. Тимошенков С.П. Элементы микроэлектромеханических систем, реализуемых на составных структурах // Микросистемная техника. – 2002. – № 4. – С. 3-6.
9. Мальцев П.П., Никифоров А.Ю., Телец В.А. Интегрированные технологии микросистемной техники // Микросистемная техника. – 2001. – № 11. – С. 22-24.
10. Тимошенков В.П., Тимошенков С.П., Миндеев А.А. Разработка конструкции микрогироскопа на основе КНИ-технологии // Известия вузов. Электроника. – 1999. – № 6. – С. 46-50.
11. Лысенко И.Е. Проектирование сенсорных и актюаторных элементов микросистемной техники. – Таганрог: Изд-во ТРТУ, 2005. – 103 с.
12. Королев М.А., Тихонов Р.Д., Чаплыгин Ю.А. Интегрированные микросистемы – перспективные элементы микросистемной техники // Микросистемная техника. – 2003. – № 7. – С. 6-7.
13. Xie H. Gyroscope and micromirror design using vertical-axis CMOS-MEMS actuation and sensing. – Carnegie Mellon university, 2002. – 246 p.
14. Распопов В.Я. Микромеханические приборы. – М.: Машиностроение, 2007. – 400 с.
15. Погалов А.И., Тимошенков В.П., Тимошенков С.П., Чаплыгин Ю.А. Разработка микрогироскопов на основе многослойных структур кремния и стекла // Микросистемная техника. – 1999. – № 1. – С. 36-41.
16. Коноплев Б.Г., Лысенко И.Е., Полищук Е.В. Интегральный микромеханический гироскоп-акселерометр на основе углеродных нанотрубок. Патент РФ №2334237, 2008.
17. Лысенко И.Е. Интегральный микромеханический гироскоп-акселерометр. Патент РФ № 2293338, 2007.
18. Пейтон А.Дж., Волш В. Аналоговая электроника на операционных усилителях. – М.: БИНОМ, 1994. – 352 с.
19. Шарапов В.М., Мусиенко М.П., Шарапова Е.В. Пьезоэлектрические датчики. – М.: Техносфера, 2006. – 632 с.
20. Белоус А.И., Емельянов В.А., Дрозд С.Е., Коннов Е.В., Мухуров Н.И., Плебанович В.А. Схемотехническое конструирование БИС преобразователя емкость-напряжение для микроэлектромеханических датчиков // Нано- и микросистемная техника. – 2008. – № 8. – С. 15-19.

Comments are closed.