Speaker
Description
В последние годы наблюдается интенсивное развитие индустрии нано- и микроэлектромеханических систем, в частности датчиков ускорения [1]. Разработка новых перспективных конструкций МЭМС-акселерометров является актуальной задачей инженерного и научного сообщества [2,3,4]. Развитием квазистатических схем стали резонансные акселерометры с дифференциальной схемой измерения колебаний, где чувствительный элемент совершает колебания на одной из резонансных частот [5]. Главное преимущество таких механических реализаций заключается в возможности конструкционного подавления температурных помех. Полезным сигналом является разность с двух ёмкостных преобразователей с различными частотами, которая имеет вид биений. Ускорение объекта измеряется по огибающей режима биений в выходном сигнале датчика [6]. Дифференциальный способ измерения позволяет повысить точность измерения. Одним из применений подобной конструкции может стать гравиметр [7,8], предназначенный для высокоточного измерения силы тяжести, которая может изменяться в зависимости от ландшафта земной поверхности. Он может быть установлен на беспилотных летательных аппаратах и применяться для поиска полезных ископаемых более эффективными методами.
В данной работе предложена архитектура МЭМС-акселерометра с дифференциальной схемой измерения. Колебания возбуждаются гребенчатой структурой электродов, измерение колебаний считывается электродами с меняющимся зазором. Приложенное ускорение приводит в движение инерционную массу, которая в свою очередь воздействует на чувствительный элемент, изменяя частоту его колебаний, что и является полезным выходным сигналом. Рассмотрены вопросы практической реализации предложенной схемы, а также изучено влияния конструкционных несовершенств на точность и стабильность измерений. Проведено конечно-элементное моделирование системы и аналитическое исследование нелинейной динамики инерциального датчика навигации при различных внешних воздействиях.
Исследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда № 21-71-10009, https://rscf.ru/project/21-71-10009/
