Моделирование двухосевого микромеханического сенсора угловых скоростей и линейных ускорений LR-типа
Разработка многоосевых микромеханических сенсоров как одно из перспективных направлений микросистемной техники. Построение конфигурации сенсора угловых скоростей и линейных ускорений LR-типа для фиксирования сигналов по двум осям чувствительности.
| Рубрика | Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника |
| Вид | статья |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 30.05.2017 |
| Размер файла | 160,7 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Моделирование двухосевого микромеханического сенсора угловых скоростей и линейных ускорений LR-типа
В настоящее время одним из перспективных направлений развития микросистемной техники является разработка и исследование многоосевых функционально интегрированных микромеханических сенсоров угловых скоростей и линейных ускорений [1-5].
Функционально интегрированных микромеханические сенсоры угловых скоростей и линейных ускорений находят широкое применение в современных технических средствах различного назначения: от специализированных изделий аэрокосмической техники и оборонных систем до бытовых приборов, таких как сотовые телефоны и игровые платформы нового поколения [1-6].
На основе предложенного метода [7] разработана конструкция интегрального двухосевого микромеханического сенсора угловых скоростей и линейных ускорений LR-типа, защищенного патентом РФ на изобретения [8].
Интегральный сенсор содержит подложку, неподвижные латеральные и плоские электроды емкостных преобразователей перемещений, неподвижные гребенчатые электроды электростатических приводов, опоры, подвижный гребенчатый электрод электростатического привода, упругие балки, внутреннюю рамку, инерционную массу и торсионные балки [8].
На основе разработанных уравнений движения [7] микромеханического сенсора и моделей жесткостей их упругих подвесов, предложенных критериев согласованности частот колебаний в режимах движения и чувствительности, и критериев оценки электродов электростатических приводов и емкостных преобразователей перемещений [9] было разработано параметризуемое VHDL-AMS описание микромеханического сенсора угловых скоростей и линейных ускорений LR-типа.
На рис. 1-2 представлены результаты моделирования сенсора LR-типа при изменении угловых скоростей и линейных ускорений в полном динамическом диапазоне.
Рис. 1. - Изменения угловых скоростей и линейных ускорений, действующих на микромеханические сенсоры, в полном динамическом диапазоне
микромеханический сенсор сигнал скорость
Как видно на рис. 1, длительность воздействия угловых скоростей и линейных ускорений составляет по 20 мс, длительности переднего и заднего фронтов - по 1 мс. Последовательность действия на сенсор угловых скоростей и линейных ускорений выбрана таким образом, чтобы не было их перекрытия по одной и той же оси чувствительности.
Как видно на рис. 2, при подаче управляющих напряжений чувствительные элементы сенсоров начинают совершать противофазные вынужденные колебания с амплитудой 7,7 мкм. Время установления вынужденных колебаний составляет 5 мс.
При действии угловых скоростей Щх, Щz внутренние рамки и инерционные массы совершают противофазные колебания вдоль осей Z и Х, соответственно. Амплитуда колебаний внутренних рамок пропорциональна величине внешнего воздействия и составляет 464 нм по оси Х. Угол вращательных колебаний инерционных масс под действием угловой скорости, направленной вдоль оси Z, составляет 0,060. Направление действия угловых скоростей будет определять фазу колебаний внутренних рамок и инерционных масс сенсоров.
Рис. 2. - Перемещения подвижных электродов электростатических приводов, внутренних рамок и инерционных масс сенсора в полном динамическом диапазоне
При действии линейного ускорения ах внутренние рамки совершают синхронные перемещения вдоль осей Х с амплитудой 274 нм. При действии линейного ускорения аz инерционные массы совершают синхронное вращение перпендикулярно плоскости подложки. Амплитуда вращения инерционных масс пропорциональна величине действующего воздействия и составляет 0,030. Направление действия линейных ускорений будет определять фазу перемещений внутренних рамок и углов поворота инерционных масс. Время действия переходных процессов по оси чувствительности Х - менее 2 мс, а оси Z - менее 1 мс.
Как видно из результатов моделирования, предложенная конфигурация конструкции сенсора угловых скоростей и линейных ускорений LR-типа с двумя осями чувствительности позволяет выделить сигналы, несущие информацию исключительно о колебаниях элементов сенсора под действием угловых скоростей и о перемещениях чувствительных элементов под действием линейных ускорений по двум осям чувствительности [11].
Полученные результаты моделирования могут использоваться при проектировании функционально интегрированных микромеханических сенсоров угловых скоростей и линейных ускорений с двумя осями чувствительности.
Работа выполнена при финансовой поддержке Министерства образования и науки Российской Федерации (шифр проекта «8.5757.2011»).
Литература
1. Распопов, В.Я. Микромеханические приборы [Текст]: учебное пособие / В.Я. Распопов. - Тула: Тульский государственный университет, 2007. - 400 с.
2. Варадан, В. ВЧ МЭМС и их применение [Текст] / В. Варадан, К. Виной, К. Джозе.- М.: Техносфера, 2004.- 528с.
3. Вернер, В.Д. Современные тенденции развития микросистемной техники [Текст] / В.Д. Вернер, П.П. Мальцев, А.А. Резнев, А.Н. Сауров, Ю.А. Чаплыгин // Нано- и микросистемная техника.- 2008.- №8.- С. 2-6.
4. Лысенко, И.Е. Теория микромеханических сенсоров угловых скоростей и линейных ускорений LR-типа [Текст] // Известия ЮФУ. Технические науки.- Таганрог: Изд-во ТТИ ЮФУ, 2009.- №1.- С.123-128.
5. Пат. 2300773 РФ, МКИ7 G 01 P 15/08. Интегральный микромеханический гироскоп [Текст] / Б.Г. Коноплев (Рос. Федерация), И.Е. Лысенко (Рос. Федерация) - № 2006103063/28; Заяв. 02.02.2006; Опубл. 10.06.2007, Бюл. № 16; Приоритет 02.02.2006. - 10 с.: ил. УДК 621.3.049.77.
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Разработка конструкторского расчета по техническому проектированию измерителя угловых скоростей на основе гексоды датчиков угловой скорости для космического корабля. Параметры троек неортогонально ориентированных ДУСов с электрическими обратными связями.
дипломная работа [2,1 M], добавлен 23.01.2012Принцип действия датчиков сейсмического типа, предназначенных для проведения исследований влияния ускорений и вибрационных нагрузок на элементы радиоэлектронной аппаратуры. Разработка схем приборов, расчет статических и динамических характеристик.
курсовая работа [737,5 K], добавлен 10.01.2014Обзор и классификация датчиков угловых перемещений. Устройство и работа преобразователя угловых перемещений. Методика расчета магнитной проводимости в рабочих зазорах цилиндрических растров. Погрешности при амплитудно-логической обработке сигналов.
дипломная работа [2,0 M], добавлен 25.11.2013Определение степени подвижности, скоростей и ускорений точек устройства. Произведение расчета сил и главных моментов инерции, действующих на звенья рычажного механизма, кинематические пары и неподвижные опоры. Построение эпюр Эп Nz, Эп Qy и Эп Mx.
курсовая работа [68,8 K], добавлен 28.08.2010Обзор и анализ разработок микромеханических гироскопов и постановка задачи исследования. Разработка структуры и выбор типа модуляции, обобщённая структурная схема автоколебательной системы. Оценка экономической эффективности инвестиционного проекта.
дипломная работа [2,4 M], добавлен 11.03.2012Взаимосвязь точности измерения координат цели и эффективности применения радиоэлектронной системы. Методы измерения угловых координат. Точность, разрешающая способность радиолокационных систем. Численное моделирование энергетических характеристик антенны.
дипломная работа [6,6 M], добавлен 11.06.2012Описание емкостных измерителей перемещений. Разработка и расчет функциональной схемы преобразователя угловых перемещений. Разработка кодирующей маски. Расчет погрешностей устройства. Особенности конструктивного устройства печатной платы и печатного узла.
курсовая работа [617,4 K], добавлен 30.06.2014Архитектурные особенности управляющего микроконтроллера. Структура вычислителя угловых положений электропривода на контроллере AVR. Использование модуля USART, входящего в состав микросхемы DD1, для передачи последовательного кода шифрованной команды.
курсовая работа [1,9 M], добавлен 23.11.2015Описание технических характеристик и принципа действия датчика линейных ускорений. Обоснование технического эскиза. Расчёт статических и динамических параметров прибора, датчиков перемещения. Анализ источников погрешностей и возможные способы их снижения.
контрольная работа [107,5 K], добавлен 21.05.2013Спектральные характеристики периодических и не периодических сигналов. Импульсная характеристика линейных цепей. Расчет прохождения сигналов через линейные цепи спектральным и временным методом. Моделирование в средах MATLAB и Electronics Workbench.
лабораторная работа [774,6 K], добавлен 23.11.2014Приборы, служащие для измерения ускорений - акселерометры. Выбор пьезоэлектрического материала. Форма инерционной массы, ее влияние на характеристики датчика. Описание конструкции акселерометра. Выбор электрической схемы. Выходное напряжение усилителя.
курсовая работа [43,8 K], добавлен 15.05.2014Определение требуемой ширины полосы частот ФП и длительности тактового интервала. Особенности расчета минимальной мощности оптического излучения на входе фотоприемника. Выбор типа транзистора входного каскада усилителя ФПУ. Выбор необходимого фотодиода.
курсовая работа [1,3 M], добавлен 14.01.2013Разработка схемы организации сети. Расчет требуемого количества мультиплексоров всех уровней и эквивалентных потоков между узлами сети. Выбор типа аппаратуры, способов защиты линейных и групповых трактов. Определение длины регенерационного участка.
курсовая работа [2,0 M], добавлен 18.04.2015Математический аппарат при анализе непрерывных систем автоматического регулирования. Сущность принципа суперпозиции для линейных систем. Линеаризация динамических САР. Дифференциальные уравнения линейных САР. Передаточная функция в изображениях Лапласа.
лекция [425,4 K], добавлен 28.07.2013Проектирование счетчика-делителя параллельного типа с использованием JK-триггеров на основе логического базиса. Определение требований к быстродействию триггеров и логических элементов. Анализ функционирования узла с помощью временных диаграмм сигналов.
курсовая работа [578,3 K], добавлен 06.12.2012Разработка транзисторного автогенератора с трансформаторной связью. Выбор типа активного элемента и определение режима его работы. Построение сигнала на выходе схемы, определение ширины его спектра. Окончательная коррекция схемотехнического построения.
курсовая работа [196,9 K], добавлен 26.04.2014Синтез комбинационных схем. Построение логической схемы комбинационного типа с заданным функциональным назначением в среде MAX+Plus II, моделирование ее работы с помощью эмулятора работы логических схем. Минимизация логических функций методом Квайна.
лабораторная работа [341,9 K], добавлен 23.11.2014Нахождение аналитических выражений для частотных характеристик линейных систем автоматического управления. Построение при помощи компьютерной программы частотных характеристик задания. Использование заданных вариантов параметров динамических звеньев.
курсовая работа [161,1 K], добавлен 05.04.2015Классический и операторный метод расчета переходных процессов в линейных электрических цепях. Основные сведения о переходных процессах в линейных электрических цепях. Общий алгоритм расчета переходных процессов в цепях первого и второго порядка.
курс лекций [1,6 M], добавлен 31.05.2010Общая характеристика классификация систем сигнализации, их типы и особенности: абонентская, межстанционная и внутристанционная. Способы передачи линейных и управленческих сигналов. Принципы и основные этапы передачи современных информационных сигналов.
презентация [229,8 K], добавлен 17.12.2013
