Статья

Название статьи МОДЕЛИРОВАНИЕ МИКРОМЕХАНИЧЕСКОГО ГИРОСКОПА С ДВУМЯ ОСЯМИ ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТИ
Автор И.Е. Лысенко, Ф.М. Бондарев, О.А. Ежова, Р.И. Тарасов
Рубрика РАЗДЕЛ IV. НАНОСИСТЕМНАЯ ТЕХНИКА
Месяц, год 09, 2015
Индекс УДК 621.3.049.77
DOI
Аннотация Компоненты микросистемной техники, такие как сенсоры угловых скоростей, находят широкое применение в различных областях: космическое приборостроение, медицинская техника, бытовые приборы, игры нового поколения, автомобилестроение и т.д. Для измерения необходимых параметров движения объекта в пространстве данные сенсорные элементы располагают по взаимно ортогональным осям, что, в свою очередь, приводит к увеличению габаритных размеров и массы микросистем, снижению надежности измерительного блока, увеличению уровня внутренних шумов. Решить данную проблему (улучшить массогабаритные характеристики данных микросистем и обеспечить возможность регистрации параметров по нескольким осям) можно применением интегральных гироскопов с двумя осями чувствительности. Таким образом, актуальной задачей является разработка конструкции микромеханических сенсоров угловых скоростей – микромеханических гироскопов с двумя осями чувствительности. Основными целями при разработке данных микромеханических сенсоров является улучшение основных рабочих характеристик (диапазона угловых скоростей, точности, погрешности, уход нуля и т.п.), уменьшение массогабаритных параметров (массы и объема), площади, занимаемой устройством на подложке, а также снижение стоимости проектируемого изделия. В данной работе освещены основные этапы разработки конструкции и создания математической модели микромеханического гироскопа (ММГ) с двумя осями чувствительности. В соответствии с предложенной методикой моделирования были выполнены расчеты собственных форм и собственных частот колебаний чувствительного элемента интегрального микромеханического гироскопа. Разработано параметризуемое описание конструкции на высокоуровневом языке проектирования аналого-цифровых устройств VHDL-AMS. Проведен анализ конструкции в CAE-системе ANSYS. Результаты, полученные в ходе математического моделирования, удовлетворяют требованиям, предъявляемым к современным микромеханическим гироскопам, что очень важно, учитывая постоянный рост качества характеристик и снижение цен на иностранную продукцию в сегменте рынка. Полученные данные могут быть использованы в дальнейших разработках конструкций интегральных микромеханических гироскопов с учетом возможностей перебора параметров моделей.

Скачать в PDF

Ключевые слова Микросистемная техника; микроэлектромеханическая система; элементная база; микромеханический компонент; сенсор угловых скоростей; гироскоп; конструкция; модель; моделирование.
Библиографический список 1. Распопов В.Я. Микромеханические приборы: учебное пособие. – Тула: Тульский государственный университет, 2007. – 400 с.
2. Тимошенков С.П., Кульчицкий А.П. Применение МЭМС-сенсоров в системах навигации и ориентации подвижных объектов // Нано- и микросистемная техника. – 2012. – № 6. – С. 51-56.
3. Аравин В.В., Вернер В.Д., Сауров А.Н., Мальцев П.П. МЭМС высокого уровня – возможный путь развития МЭМС в России // Нано- и микросистемная техника. – 2011. – № 6. – С. 28-31.
4. Прокофьев И.В., Тихонов Р.Д. Нано- и микросистемы для мониторинга параметров движения транспортных средств // Нано- и микросистемная техника. 2011. – № 12. – С. 48-50.
5. Сысоева С. Ключевые сегменты рынка МЭМС-компонентов. Инерциальные системы – от Low-End до High-End // Компоненты и технологии. – 2010. – № 5.
6. 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.
7. Elwenspoek M., Wiegerink R. Silicon micro accelerometers // Mechanical microsensors. – 2005. – P. 230-236.
8. Лысенко И.Е. Интегральные микромеханические сенсоры угловых скоростей и линейных ускорений. – Таганрог: Изд-во ЮФУ, 2013. – 180 с.
9. Коноплев Б.Г., Рындин Е.А., Лысенко И.Е. Элементная база наноэлектроники, микро- и наносистемной техники. – Таганрог: Изд-во ТТИ ЮФУ, 2007. – 91 с.
10. Механцев Е.Б., Лысенко И.Е. Физические основы микросистемной техники. – Таганрог: Изд-во ТРТУ, 2004. – 54 с.
11. Лысенко И.Е. Метод проектирования микромеханических сенсоров угловых скоростей и линейных ускорений LL-типа // Известия ЮФУ. Технические науки. – 2009. – № 1 (90). – С. 117-123.
12. Lysenko I.E. Modeling of two-axis micromechanical gyroscope-accelerometer // Proceeding of the International Conference “Micro- and nanoelectronics – 2012” (ICMNE-2012). – Moscow-Zvenigorod, Russia, 2012. – P. 03-31.
13. Лысенко И.Е. Интегральный сенсор угловых скоростей и линейных ускорений // Инженерный вестник Дона. – 2010. – № 3. – Режим доступа: http://ivdon.ru/magazine/ (доступ свободный).
14. Лысенко И.Е., Лысенко А.В. Интегральные сенсоры угловых скоростей и линейных ускорений LR-типа на основе углеродных нанотрубок // Инженерный вестник Дона. – 2012. – № 4. – Режим доступа: http://ivdon.ru/magazine/ (доступ свободный).
15. Лысенко И.Е., Ежова О.А. Критерии равенства собственных частот колебаний чувствительных элементов микромеханических гироскопов-акселерометров // Инженерный вестник Дона. – 2014. – № 2. – http://ivdon.ru/ru/magazine/archive/n2y2014/2475 (доступ свободный).
16. Лысенко И.Е., Синютин С.А., Воронков О.Ю. Поведенческая модель микромеханического сенсора угловых скоростей для моделирования в среде Simulink программного пакета MatLab // Инженерный вестник Дона. – 2014. – № 4. http://ivdon.ru/ru/magazine/archive/N4y2014/2674/ (доступ свободный).
17. Лысенко И.Е., Синютин С.А., Воронков О.Ю. Разработка поведенческой модели сенсора линейного ускорения с двумя осями чувствительности для моделирования в среде Simulink программного пакета MatLab // Инженерный вестник Дона. – 2014. – № 4. http://ivdon.ru/ru/magazine/archive/n4y2014/2672/ (доступ свободный).
18. Лысенко И.Е., Ежова О.А., Куликова И.В., Приступчик Н.К. Методика проектирования микромеханических компонентов на основе библиотеки микрофрагментов // Известия ЮФУ. Технические науки. – 2014. – № 9 (158). – С. 201-205.
19. Коноплев Б.Г., Агеев О.А., Лысенко И.Е., Гусев Е.Ю., Житяева Ю.Ю., Быков, А.В., Бондарев Ф.М., Бесполудин В.В. Конструкция и технологический маршрут изготовления микромеханического гироскопа с двумя осями чувствительности // Материалы Международной научно-технической конференции «Электроника-2015». – М.: МИЭТ, 2015. – С. 63-64.
20. Лысенко И.Е., Ткаченко А.В. Модель микромеханического акселерометра с тремя осями чувствительности // Материалы Международной научно-технической конференции «Электроника-2015». – М.: МИЭТ, 2015. – С. 65-66.

Comments are closed.