Чувствительный элемент интегрального акселерометра

 

Изобретение относится к измерительной технике. Чувствительный элемент интегрального акселерометра, выполненный из проводящего монокристаллического кремния, содержит маятник 3, соединенный с помощью упругих подвесов 2 с каркасной рамкой 1, и центральную опору 5 крепления с неподвижным основанием 6, которая соединена с каркасной рамкой 1 с помощью консоли 4. Техническим результатом является снижение влияния температурных напряжений на нулевое положение маятника. 2 ил.

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

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

Недостатком такого чувствительного элемента является низкая точность, связанная с возникновением контактных напряжений в местах крепления рамки чувствительного элемента.

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 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 контактных напряжений в рамке чувствительного элемента, как следствие, повышение точности акселерометра.

Для достижения поставленной задачи в чувствительный элемент интегрального акселерометра, содержащий кремниевый проводящий маятник, соединенный упругими подвесами с каркасной рамкой, согласно изобретению введена центральная опора крепления, жестко соединенная с неподвижным основанием акселерометра, помещенная в центре тяжести маятника и отделенная от него равномерным зазором, и консольная балка, одним концом жестко соединенная с центральной опорой крепления, а другим с каркасной рамкой, при этом неподвижное основание акселерометра отделено от каркасной рамки, маятника и консольной балки зазором.

Существенным отличием заявленного устройства по сравнению с известным является то, что крепление чувствительного элемента интегрального акселерометра к неподвижному основанию осуществляется не с помощью нескольких (три и более) опор, размещенных по контуру каркасной рамки, а только с помощью одной центральной опоры крепления, соединенной с каркасной рамкой консольной балкой и отделенной от маятника равномерным зазором. Исключение нескольких точек крепления каркасной рамки, по сравнению с прототипом, резко снижает чувствительность к различным вредным воздействиям, тем самым повышается точность прибора в целом.

Предлагаемый чувствительный элемент интегрального акселерометра иллюстрируется чертежами, представленными на фиг.1 и 2. На каркасной рамке 1 с помощью упругих подвесов 2 подвешен маятник 3 в виде прямоугольной пластины с вырезом в центре. Вырез в центре предназначен для размещения центральной опоры 5 крепления, соединенной с каркасной рамкой 1 консолью 4. От маятника 3 центральная опора 5 крепления и консольная балка 4 отделены равномерным зазором. Все перечисленные узлы представляют одну монолитную деталь, выполненную из проводящего кремния с помощью анизотропного травления по фотошаблонам. Центральная опора 5 жестко соединяется с неподвижным основанием 6 акселерометра (см. фиг.2). Центр тяжести маятника 3 при температурных расширениях чувствительного элемента всегда остается неподвижным относительно точки закрепления, поскольку удлинения со стороны подвесов 2 и со стороны консольной балки 4 направлены в разные стороны.

Устройство работает следующим образом. При действии ускорения вдоль оси, перпендикулярной к плоскости чертежа, маятник 3 поворачивается на угол, определяемый свойствами упругих элементов 2 и величиной измеряемого ускорения, и, измеряя отклонение маятника 3, можно судить о величине воздействующего ускорения.

Каркасная рамка 1 не имеет размещенных на ней опор крепления, напряжения в рамке 1 отсутствуют. Кроме того, поскольку каркасная рамка 1 соединена с опорой 5 крепления консольной балкой 4, то возможные напряжения, возникающие при изменении температуры, от точки крепления к упругим подвесам 2 не передаются. Отмеченные свойства подтверждают преимущества заявляемого изобретения перед известными решениями.

Источники информации

1. Патент России №2126161, М.кл. G 01 P 15/13, 27 июня 1994.

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

Формула изобретения

Чувствительный элемент интегрального акселерометра, содержащий кремниевый проводящий маятник, соединенный упругими подвесами с каркасной рамкой, отличающийся тем, что в чувствительный элемент введена центральная опора крепления, жестко соединенная с неподвижным основанием акселерометра, помещенная в центре тяжести маятника и отделенная от него равномерным зазором, и консольная балка, одним концом жестко соединенная с центральной опорой крепления, а другим - с каркасной рамкой, при этом неподвижное основание акселерометра отделено от каркасной рамки, маятника и консольной балки зазором.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2