RU2515378C1 - Micromechanical accelerometer - Google Patents
Micromechanical accelerometer Download PDFInfo
- Publication number
- RU2515378C1 RU2515378C1 RU2012149069/28A RU2012149069A RU2515378C1 RU 2515378 C1 RU2515378 C1 RU 2515378C1 RU 2012149069/28 A RU2012149069/28 A RU 2012149069/28A RU 2012149069 A RU2012149069 A RU 2012149069A RU 2515378 C1 RU2515378 C1 RU 2515378C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- external frame
- sensing element
- micromechanical accelerometer
- glass plates
- sensitive element
- Prior art date
Links
- 239000011521 glass Substances 0.000 claims abstract description 26
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims description 9
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims description 9
- 238000003466 welding Methods 0.000 claims description 2
- 229910021421 monocrystalline silicon Inorganic materials 0.000 abstract description 3
- 238000005259 measurement Methods 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 5
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 2
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 2
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 2
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 238000004132 cross linking Methods 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 description 1
- 230000008092 positive effect Effects 0.000 description 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 1
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 1
- 239000000725 suspension Substances 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Pressure Sensors (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к измерительной технике и может применяться в микромеханических датчиках линейных ускорений. Известен микромеханический акселерометр, содержащий корпус, чувствительный элемент, выполненный из каркасной катушки, подвешенный в корпусе на металлических растяжках, датчик перемещения каркасной катушки.The invention relates to measuring technique and can be used in micromechanical linear acceleration sensors. Known micromechanical accelerometer containing a housing, a sensing element made of a frame coil, suspended in the housing on metal extensions, a displacement sensor of the frame coil.
Недостатком этого устройства является сложность конструкции, нетехнологичность, низкая точность из-за чувствительности к перекрестным связям [1].The disadvantage of this device is the design complexity, low technology, low accuracy due to sensitivity to cross-linking [1].
Известен микромеханический акселерометр, содержащий корпус, чувствительный элемент, выполненный из монокристаллического кремния в виде электропроводящей инерционной массы, представляющей собой маятник, подвешенный с помощью торсионов, которые другой стороной соединены с внешней рамкой. Торсионы выполнены крестообразными с поперечным сечением в виде Х-образного профиля. Внешняя рамка, равномерная по ширине по всему периметру, на которой расположены площадки для крепления стеклянных обкладок. Стеклянные обкладки прямоугольные, соединенные с чувствительным элементом методом анодной посадки [2].Known micromechanical accelerometer containing a housing, a sensing element made of monocrystalline silicon in the form of an electrically conductive inertial mass, which is a pendulum suspended by torsion bars, which are connected to the outer frame by the other side. Torsion bars are made cross-shaped with a cross section in the form of an X-shaped profile. An external frame, uniform in width around the entire perimeter, on which there are platforms for attaching glass plates. The glass plates are rectangular, connected to the sensitive element by the method of anode landing [2].
Недостатком этого устройства является то, что анодное соединение двух стеклянных обкладок с кремниевым чувствительным элементом проводится при температуре свыше 450°С. После остывания пакета из двух стеклянных обкладок и кремниевого чувствительного элемента происходит деформация внешней рамки. Эта деформация соответственно передается на упругие торсионы. Это существенным образом влияет на стабильность упругих свойств последних.The disadvantage of this device is that the anode connection of two glass plates with a silicon sensitive element is carried out at a temperature of over 450 ° C. After cooling the package of two glass plates and a silicon sensitive element, the deformation of the outer frame. This deformation is respectively transmitted to the elastic torsion bars. This significantly affects the stability of the elastic properties of the latter.
Так, после присоединения возникающие контактные напряжения влияют на упругий подвес, за счет чего увеличивается нестабильность смещения нуля и, как следствие, понижается точность прибора в целом. Еще один недостаток данной конструкции - воздействие возмущающих факторов, в частности плюсовых и минусовых температур, - и конструкция чувствительного элемента будет деформирована, что приведет к появлению нестабильности нулевого сигнала, его высокому уровню. Изменится также жесткость торсионов и, как следствие, уход крутизны преобразователя перемещений. Другим недостатком является использование прямоугольных обкладок. При сборке пакета из двух стеклянных обкладок и кремниевого чувствительного элемента возникают трудности в последовательном сопряжении друг с другом элементов микромеханического акселерометра и взаимной их фиксации. Следовательно, снижается производительность и повышается трудоемкость изделия. Все это существенно снижает и точность прибора в целом.So, after joining, the emerging contact stresses affect the elastic suspension, due to which the instability of the zero offset increases and, as a result, the accuracy of the device as a whole decreases. Another drawback of this design is the influence of disturbing factors, in particular, plus and minus temperatures, and the design of the sensitive element will be deformed, which will lead to the emergence of instability of the zero signal, its high level. The stiffness of the torsion bars and, as a result, the steepness of the displacement transducer will also change. Another disadvantage is the use of rectangular plates. When assembling a package of two glass plates and a silicon sensitive element, difficulties arise in sequentially interfacing with each other the elements of the micromechanical accelerometer and their mutual fixation. Therefore, reduced productivity and increased complexity of the product. All this significantly reduces the accuracy of the device as a whole.
Задачей, на решение которой направлено изобретение, является увеличение точности микромеханического датчика и упрощение сборки его узлов. Для достижения этого в микромеханическом акселерометре, содержащем корпус, кремниевый чувствительный элемент с внешней рамкой, закрепленным на ней при помощи упругих торсионов маятником, стеклянные обкладки, площадки крепления на внешней рамке, внешняя рамка выполнена неравномерной по ширине, площадки крепления расположены на боковых и нижней сторонах внешней рамки, на продольной и поперечной осях чувствительного элемента, в самой широкой ее части, а между боковыми площадками крепления и местом крепления упругого торсиона на внешней рамке сформированы П-образные петли, обращенные наружу, при этом используются круглые стеклянные обкладки, на которых с одной стороны на продольной оси у кромки выполнена выемка для сборки, а с противоположной в месте обеспечивающем разварку противоположной стеклянной обкладки - другая выемка, причем язык чувствительного элемента с электрической контактной площадкой расположен между двумя выемками, предназначенными для разварки.The problem to which the invention is directed, is to increase the accuracy of the micromechanical sensor and simplify the assembly of its nodes. To achieve this, in a micromechanical accelerometer containing a housing, a silicon sensitive element with an external frame mounted on it with elastic torsion pendulum, glass plates, mounting areas on the external frame, the external frame is made uneven in width, mounting areas are located on the sides and lower sides the outer frame, on the longitudinal and transverse axes of the sensing element, in its widest part, and between the lateral attachment pads and the attachment point of the elastic torsion bar on the outer U-shaped loops are formed to the outside, round glass plates are used, on which, on the one side, a recess for assembly is made on the longitudinal axis at the edge, and another recess is made in the opposite position in the place where the glass glass is welded, the tongue of the sensing element with an electric contact pad is located between two recesses intended for welding.
Признаком, отличающим предложенный микромеханический акселерометр от известного, является то, что внешняя рамка выполнена неравномерной по ширине с П-образными петлями, обращенными наружу, располагающимися между боковыми площадками крепления и местом закрепления упругих торсионов на внешней рамке. Это позволяет значительно уменьшить напряженное состояние на упругих торсионах, так как значительная часть деформации концентрируется в узле связи «площадка крепления - П-образная петля - обратный конец П-образной петли». Деформации, возникающие в нижней широкой части внешней рамки, значительного воздействия на упругие торсионы не оказывают, потому что сконцентрированы между площадками крепления и передаются опять же через узел связи «площадка крепления - П-образная петля - обратный конец П-образной петли». Поэтому для улучшения закрепления стеклянных обкладок и упрощения сборки нижняя внешняя рамка сформирована более широкой по площади. Использование круглых обкладок упрощает сборку узла микромеханического акселерометра, а именно последовательное сопряжение друг с другом элементов микромеханического акселерометра и взаимной их фиксации с последующим анодным соединением. A sign that distinguishes the proposed micromechanical accelerometer from the known one is that the outer frame is made uneven in width with U-shaped loops facing outward, located between the side mounting pads and the fixing point of the elastic torsion bars on the outer frame. This allows you to significantly reduce the stress state on the elastic torsion bars, since a significant part of the deformation is concentrated in the connection site "mounting pad - U-shaped loop - the reverse end of the U-shaped loop". The deformations that occur in the lower wide part of the outer frame do not significantly affect the elastic torsion, because they are concentrated between the attachment sites and are transmitted again through the connection site “attachment site - U-shaped loop - back end of the U-shaped loop”. Therefore, to improve the fastening of the glass plates and simplify the assembly, the lower outer frame is formed wider in area. The use of round plates simplifies the assembly of the micromechanical accelerometer assembly, namely sequential pairing with each other of the elements of the micromechanical accelerometer and their mutual fixation with subsequent anode connection.
Предложенный микромеханический акселерометр иллюстрируется чертежами, представленными на фиг.1, 2. The proposed micromechanical accelerometer is illustrated by the drawings shown in figures 1, 2.
На фиг.1 изображен кремниевый чувствительный элемент, где:Figure 1 shows a silicon sensing element, where:
1 - внешняя рамка;1 - outer frame;
2 - маятник;2 - pendulum;
3 - упругие торсионы;3 - elastic torsion bars;
4 - П-образные петли;4 - U-shaped loops;
5 - площадки крепления к стеклянным обкладкам;5 - platforms for fastening to glass plates;
6 - электрическая контактная площадка.6 - electrical contact pad.
На фиг.2 изображен чувствительный элемент с закрепленными на нем стеклянными обкладками, где:Figure 2 shows the sensing element with glass plates fixed to it, where:
7 - выемка для подвода электрического проводника к противоположной обкладке;7 - a recess for supplying an electrical conductor to the opposite lining;
8 - выемка для сборки в пакет двух обкладок и чувствительного элемента;8 - a recess for assembling two plates and a sensitive element into a package;
9 - язык чувствительного элемента с электрической контактной площадкой.9 - language of the sensing element with an electric contact pad.
Микромеханический акселерометр содержит чувствительный элемент, выполненный из монокристаллического кремния низкой проводимости, в котором на внешней рамке 1 закреплен маятник 2 через упругие торсионы 3. На внешней рамке 1 между площадками крепления к стеклянным обкладкам 5 и местом крепления упругих торсионов 3 на внешней рамке 1 сформирована П-образная петля 4, обращенная наружу. Площадки крепления к стеклянным обкладкам 5 расположены строго на продольной и поперечной осях чувствительного элемента. Стеклянные обкладки круглые, закреплены на чувствительном элементе через площадки крепления 5. На стеклянной обкладке выемка 7 служит для подвода проводника к противоположной обкладке. Аналогично и на противоположной обкладке. Выемка 8 необходима при сборке в пакет двух стеклянных обкладок и кремниевого чувствительного элемента. При последовательном сопряжении друг с другом элементов микромеханического акселерометра, а именно стеклянных обкладок, кремниевого чувствительного элемента и взаимной их фиксации, достигается необходимая точность совмещения, обеспечивающая минимальную погрешность. Такая конфигурация обкладок позволяет с легкостью удалять оснастку после фиксации пакета в приспособлении для анодного соединения. Электрическая контактная площадка 6 и язык чувствительного элемента с электрической контактной площадкой 9 служат для соединения с преобразователем перемещения маятника 1.The micromechanical accelerometer contains a sensitive element made of single-crystal silicon of low conductivity, in which a pendulum 2 is fixed on the outer frame 1 through elastic torsions 3. On the outer frame 1, P is formed between the attachment points to the glass plates 5 and the attachment point of the elastic torsion 3 on the outer frame 1 -shaped loop 4 facing outward. The mountings to the glass plates 5 are located strictly on the longitudinal and transverse axes of the sensing element. The glass plates are round, mounted on the sensitive element through the mounting plate 5. On the glass plate, the
Микромеханический акселерометр работает следующим образом. При воздействии линейного ускорения маятник 2 кремниевого чувствительного элемента отклоняется от своего нейтрального положения. При этом упругие торсионы 3 закручиваются на определенный угол. На стеклянных обкладках маятника 2 реализована схема обработки сигнала. При воздействии линейного ускорения возникает дисбаланс между верхом и низом со стороны стеклянных подложек. Величина этого дисбаланса пропорциональна измеряемому ускорению.Micromechanical accelerometer works as follows. When exposed to linear acceleration, the pendulum 2 of the silicon sensor deviates from its neutral position. In this case, the elastic torsion 3 is twisted at a certain angle. A signal processing circuit is implemented on the glass plates of the pendulum 2. When exposed to linear acceleration, an imbalance occurs between the top and bottom of the glass substrates. The magnitude of this imbalance is proportional to the measured acceleration.
При воздействии вредных факторов такое расположение П-образных петель 4 и площадок крепления 5 на внешней рамке 1 уменьшает нулевой сигнал и его нестабильность, а при одновременном воздействии еще измеряемого ускорения уменьшает погрешность крутизны характеристики прибора в целом. Применение круглых стеклянных обкладок упрощает сборку, снижает трудоемкость, обеспечивает необходимую точность совмещения, уменьшая погрешность. Проведенные макетные испытания показали положительный эффект данного устройства и по технологичности и по точности. Under the influence of harmful factors, such an arrangement of the U-shaped loops 4 and the attachment sites 5 on the outer frame 1 reduces the zero signal and its instability, and with the simultaneous action of the measured acceleration, it decreases the error of the slope of the characteristics of the device as a whole. The use of round glass lining simplifies assembly, reduces the complexity, provides the necessary alignment accuracy, reducing the error. Conducted prototype tests showed a positive effect of this device in terms of manufacturability and accuracy.
Источники информацииInformation sources
1. Акселерометр капиллярный АК5-15, ТУ 611.781.ТУ. 1984 г.1. Capillary accelerometer AK5-15, TU 611.781.TU. 1984 year
2. Патент РФ №106001 (прототип).2. RF patent No. 106001 (prototype).
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012149069/28A RU2515378C1 (en) | 2012-11-20 | 2012-11-20 | Micromechanical accelerometer |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012149069/28A RU2515378C1 (en) | 2012-11-20 | 2012-11-20 | Micromechanical accelerometer |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2515378C1 true RU2515378C1 (en) | 2014-05-10 |
Family
ID=50629825
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2012149069/28A RU2515378C1 (en) | 2012-11-20 | 2012-11-20 | Micromechanical accelerometer |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2515378C1 (en) |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5473945A (en) * | 1990-02-14 | 1995-12-12 | The Charles Stark Draper Laboratory, Inc. | Micromechanical angular accelerometer with auxiliary linear accelerometer |
RU22331U1 (en) * | 2001-07-30 | 2002-03-20 | Акционерное общество закрытого типа "ГИРООПТИКА" | MICROMECHANICAL ACCELEROMETER |
RU2251702C1 (en) * | 2004-07-02 | 2005-05-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный институт электронной техники (технический университет)" (МИЭТ) | Micromechanical accelerometer |
RU2284528C1 (en) * | 2005-04-04 | 2006-09-27 | Открытое акционерное общество Арзамасское научно-производственное предприятие "ТЕМП-АВИА" (ОАО АНПП "ТЕМП-АВИА") | Linear acceleration micro-mechanical detector |
RU106001U1 (en) * | 2011-03-01 | 2011-06-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Московский государственный институт электронной техники (технический университет) (МИЭТ) | MICROMECHANICAL SENSOR |
-
2012
- 2012-11-20 RU RU2012149069/28A patent/RU2515378C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5473945A (en) * | 1990-02-14 | 1995-12-12 | The Charles Stark Draper Laboratory, Inc. | Micromechanical angular accelerometer with auxiliary linear accelerometer |
RU22331U1 (en) * | 2001-07-30 | 2002-03-20 | Акционерное общество закрытого типа "ГИРООПТИКА" | MICROMECHANICAL ACCELEROMETER |
RU2251702C1 (en) * | 2004-07-02 | 2005-05-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный институт электронной техники (технический университет)" (МИЭТ) | Micromechanical accelerometer |
RU2284528C1 (en) * | 2005-04-04 | 2006-09-27 | Открытое акционерное общество Арзамасское научно-производственное предприятие "ТЕМП-АВИА" (ОАО АНПП "ТЕМП-АВИА") | Linear acceleration micro-mechanical detector |
RU106001U1 (en) * | 2011-03-01 | 2011-06-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Московский государственный институт электронной техники (технический университет) (МИЭТ) | MICROMECHANICAL SENSOR |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US8186232B2 (en) | Displacement sensor | |
JP6216879B2 (en) | Torque detection device | |
CN103941041B (en) | A kind of single mass three-shaft mems accelerometer of three-frame structure | |
CA2898117C (en) | Improved load cell | |
US20150276517A1 (en) | Mechanical Quantity Measuring Device | |
RU2623694C1 (en) | Pressure sensor implemented on basis of nanotenzometers related to resonator | |
JP5904540B2 (en) | Electret type vibration detection system, external vibration information generation method, external vibration information generation method, external vibration information generation program, external vibration transfer function information generation program | |
RU2515378C1 (en) | Micromechanical accelerometer | |
JP2013171041A (en) | Apparatus, system, and method for monitoring earthquake | |
RU154143U1 (en) | SENSITIVE ELEMENT OF A MICROMECHANICAL ACCELEROMETER | |
WO2012098901A1 (en) | Acceleration sensor | |
RU106001U1 (en) | MICROMECHANICAL SENSOR | |
US3528297A (en) | Double cantilever accelerometer | |
RU138627U1 (en) | SENSITIVE ELEMENT OF A MICROMECHANICAL ACCELEROMETER | |
RU131195U1 (en) | MICROMECHANICAL SENSOR | |
RU2492490C1 (en) | Sensing element of micromechanical accelerometer | |
US9146254B2 (en) | Dynamic sensor | |
RU131196U1 (en) | MICROMECHANICAL SENSOR | |
RU2324192C1 (en) | Double beamed accelerometer | |
RU154439U1 (en) | SENSITIVE ELEMENT OF A LINEAR ACCELERATION SENSOR | |
RU2379693C1 (en) | Sensitive element of integral accelerometre | |
RU2497133C1 (en) | Sensitive element of micromechanical compensation accelerometer | |
RU2387999C1 (en) | Multibeam accelerometre - analyzer of mechanical oscillations spectrum based on piezoresistive converters | |
RU131875U1 (en) | VIBRATION FREQUENCY MICROMECHANICAL ACCELEROMETER | |
RU127937U1 (en) | SENSITIVE ELEMENT OF A MICROMECHANICAL SENSOR OF LINEAR ACCELERATIONS |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20181121 |