RU181216U1 - Интегральный микромеханический гироскоп - Google Patents
Интегральный микромеханический гироскоп Download PDFInfo
- Publication number
- RU181216U1 RU181216U1 RU2018112632U RU2018112632U RU181216U1 RU 181216 U1 RU181216 U1 RU 181216U1 RU 2018112632 U RU2018112632 U RU 2018112632U RU 2018112632 U RU2018112632 U RU 2018112632U RU 181216 U1 RU181216 U1 RU 181216U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- electrodes
- micromechanical gyroscope
- substrate
- movable
- integrated micromechanical
- Prior art date
Links
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 20
- 206010040925 Skin striae Diseases 0.000 claims description 4
- 208000031439 Striae Distensae Diseases 0.000 claims description 4
- 238000009832 plasma treatment Methods 0.000 claims description 4
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims description 2
- 101500002332 Aplysia californica Proline-rich mature peptide Proteins 0.000 claims 1
- 238000000034 method Methods 0.000 abstract description 5
- 238000012545 processing Methods 0.000 abstract description 3
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 9
- 238000013461 design Methods 0.000 description 7
- 239000000463 material Substances 0.000 description 5
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 4
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 4
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 4
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 4
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 3
- 238000005245 sintering Methods 0.000 description 3
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 229910021421 monocrystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 2
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910021420 polycrystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000000725 suspension Substances 0.000 description 2
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 238000013016 damping Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 239000002086 nanomaterial Substances 0.000 description 1
- 230000003534 oscillatory effect Effects 0.000 description 1
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 1
- 230000006641 stabilisation Effects 0.000 description 1
- 238000011105 stabilization Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
- G01P15/00—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration
- G01P15/14—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of gyroscopes
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Gyroscopes (AREA)
Abstract
Полезная модель относится к измерительной технике и может применяться в интегральных гироскопах вибрационного типа. Повышение надежности и улучшение эксплуатационных свойств достигается за счет снабжения рабочих поверхностей подвижного и неподвижного электродов полностью регулярным микрорельефом (ПРМР IV вида) и наноструктурированием методом ионно-плазменной обработки. 1 ил.
Description
Полезная модель относится к измерительной технике и может применяться в интегральных гироскопах вибрационного типа.
Известен интегральный микромеханический гироскоп, содержащий диэлектрическую подложку с напыленными на ней четырьмя электродами и инерционную массу, расположенную с зазором относительно диэлектрической подложки, выполненную в виде пластины из полупроводникового материала, образующую с парой напыленных на подложку электродов плоский конденсатор и связанную с внутренней колебательной системой с помощью упругих балок, выполненных из полупроводникового материала, которые одними концами жестко прикреплены к инерционной массе, а другими - к внутренней колебательной системе, выполненной из полупроводникового материала, образующей с другой парой напыленных на подложку электродов плоский конденсатор, используемый в качестве электростатического привода, причем колебательная система соединена с внешней рамкой с помощью упругих балок, выполненных из полупроводникового материала, которые одними концами прикреплены к внутренней колебательной системе, а другими - к внешней рамке, выполненной из полупроводникового материала и расположенной непосредственно на диэлектрической подложке (см. В.П. Тимошенков, С.П. Тимошенков, А.А. Миндеева. Разработка конструкции микрогироскопа на основе КНИ-технологии. Известия вузов, Электроника. №6, 1999, стр. 49, рис. 2). Недостатком данной конструкции является низкая надежность и склонность к залипанию электродов плоского конденсатора.
Известен интегральный микромеханический гироскоп, содержащий полупроводниковую подложку с расположенными на ней тридцатью двумя неподвижными электродами, выполненными из металла, опору, выполненную из металла и расположенную непосредственно на полупроводниковой подложке, упругое кольцо, выполненное из металла и расположенное с зазором относительно полупроводниковой подложки, образующее с неподвижными электродами конденсатор, соединенную с опорой с помощью восьми упругих балок, выполненных из металла в виде полукруга и расположенных с зазором относительно полупроводниковой подложки, которые одними концами жестко соединены с опорой, а другими - с упругим кольцом (см. Huikai Xie, G.K. Fedder, Integrated micromechanical gyroscopes, Journal of aerospace engineering, April, 2003, p. 73, fig. 15).
Недостатком конструкции является низкая надежность, особенно при работе во влажном морском климате, склонность к коррозии электродов и короблению подложки.
Наиболее близкой к предлагаемой полезной модели по технической сути является конструкция интегрального микромеханического гироскопа, содержащая две подвижные инерциальные массы (ИМ) с электродами, четыре упругих элемента, два дугообразных элемента, две растяжки на анкерах, соединенные с кремниевой подложкой, снабженной неподвижными электродами, (см. В.Я. Распопов. Микромеханические приборы. 2007, стр. 60, рис. 1.45). Недостатком прототипа является возможность коробления пластин, а также склонность к электростатическому залипанию пластин ИМ при плоскопараллельном перемещении электродов измерителей, что в целом приводит к снижению надежности прототипа.
Задача, решаемая предлагаемой полезной моделью, заключается в повышении надежности и улучшении эксплуатационных свойств интегрального микромеханического гироскопа.
Поставленная задача решается за счет достижения технического результата, заключающегося в устранении эффектов коробления, коррозии, электростатического залипания и спекания подвижных и неподвижных электродов и в общей стабилизации электрических характеристик интегрального микромеханического гироскопа, что обусловлено наличием полностью регулярного микрорельефа IV вида (ПРМР IV вида) поверхности электродов и ее наноструктурированием методом ионно-плазменной обработки.
Данный технический результат достигается за счет того, что в интегральном микромеханическом гироскопе, содержащем две подвижные массы, четыре упругих элемента, два дугообразных элемента, две растяжки на анкерах, соединенные с подложкой, изготовленной из моно- или поликристаллического кремния, при этом имеются подвижные электроды гребенчатой структуры электростатических приводов являются частью инерциальной массы, а неподвижные электроды измерителей перемещений связаны с подложкой анкерами, новым является то, что рабочие поверхности подвижных и неподвижных электродов снабжены полностью регулярным микрорельефом (ПРМР IV вида) и наноструктурированы методом ионно-плазменной обработки.
Общим недостатком всех двухмассовых вибрационных интегральных гироскопов, имеющих независимые упругие подвесы каждой ИМ является сложность обеспечения равенства их собственных частот и синхронизации противофазных колебаний. Регуляризация поверхностной структуры подвижных и неподвижных электродов способствует стабилизации упругих характеристик, в частности механического гистерезиса, что позволяет лучше стабилизировать и синхронизировать интегральный микромеханический гироскоп при противофазных колебаниях. К снижению надежности интегрального микромеханического гироскопа ведут также процессы коробления пластин и коррозия подвижных и неподвижных электродов в конструкции аналогов и прототипа, тогда как в предлагаемой конструкции интегрального микромеханического гироскопа, за счет наличия полностью регулярного микрорельефа (ПРМР IV вида) и наноструктурирования рабочих поверхностей электродов, удается полностью устранить коррозию подвижных электродов с гребенчатой структурой и неподвижных электродов, связанных с подложкой анкерами, что особенно актуально при работе во влажном морском климате в навигационных корабельных устройствах. Плоскопараллельное перемещение электродов измерителей, особенно при малых (1…3 мкм) зазорах между ними, в прототипе приводит к электростатическому залипанию платин ИМ. Естественный путь устранения этого недостатка - увеличение жесткости подвеса. Однако при этом уменьшается чувствительность к измеряемой угловой скорости и изменяются частотные характеристики интегрального микромеханического гироскопа, а демпфирование оказывается более интенсивным и менее предсказуемым из-за сжимаемости и разряжения газового слоя по сравнению с микрогироскопами, в которых эти перемещения параллельны подложке, как в прототипе. Предлагаемая конструкция интегрального микромеханического гироскопа устраняет эффект электростатического залипания и возможного спекания электродов, что стабилизирует электрические характеристики и повышает точность измерений.
Таким образом, совокупное использование вышеперечисленных особенностей (наличия полностью регулярного микрорельефа поверхностей электродов и их наноструктурирования методом ионно-плазменной обработки) приводит к появлению новых электромеханических свойств конструкции интегрального микромеханического гироскопа, что позволяет повысить надежность и улучшить эксплуатационные характеристики.
Экспериментальные исследования заявляемой полезной модели по сравнению с прототипом показали, что заявленная модель обеспечивает устранение залипания и спекания подвижных и неподвижных электродов интегрального микромеханического гироскопа.
Схема интегрального микромеханического гироскопа изображена на фиг.
Интегральный микромеханический гироскоп содержит две ИМ 1 в форме квадрата с длиной стороны 200 мкм, которые четырьмя упругими элементами 2, двумя дугообразными элементами 3 радиусом 140 мкм и двумя растяжками 4 длиной 280 мкм, на анкерах 5 соединены с подложкой, изготовленной из моно- или поликристаллического кремния. Соединение элементов 3 и 4 выполнено на серединах их длин. Подвижные электроды, рабочая поверхность которых снабжена полностью регулярным микрорельефом (ПРМР IV вида) и наноструктурирована методом ионно-плазменной обработки, гребенчатых структур 6 электростатических приводов являются частью ИМ, а неподвижные электроды, рабочая поверхность которых снабжена ПРМР IV вида и наноструктурирована методом ионно-плазменной обработки, связаны с подложкой анкерами 7.
В режиме движения ИМ 1 совершают противофазные движения со скоростью v, вдоль оси X, и это движение контролируется емкостными измерителями перемещений 9, соединенными с подложкой анкером 10. При появлении угловой скорости Ωy, вокруг оси У противофазные силы инерции Кориолиса вызывают виброперемещения ИМ вдоль оси Z, фиксируемые емкостными измерителями перемещений, подвижные электроды которых расположены на ИМ 1, а неподвижные 8 - на подложке.
Claims (1)
- Интегральный микромеханический гироскоп, содержащий две подвижные инерциальные массы с электродами, четыре упругих элемента, два дугообразных элемента, две растяжки на анкерах, соединенные с кремниевой подложкой, снабженной неподвижными электродами, отличающийся тем, что рабочие поверхности подвижных и неподвижных электродов снабжены полностью регулярным микрорельефом (ПРМР IV вида) и наноструктурированы методом ионно-плазменной обработки.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2018112632U RU181216U1 (ru) | 2018-04-06 | 2018-04-06 | Интегральный микромеханический гироскоп |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2018112632U RU181216U1 (ru) | 2018-04-06 | 2018-04-06 | Интегральный микромеханический гироскоп |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU181216U1 true RU181216U1 (ru) | 2018-07-06 |
Family
ID=62813548
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2018112632U RU181216U1 (ru) | 2018-04-06 | 2018-04-06 | Интегральный микромеханический гироскоп |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU181216U1 (ru) |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2004072580A1 (en) * | 2003-02-07 | 2004-08-26 | Honeywell International Inc. | Methods and systems for simultaneously fabricating multi-frequency mems devices |
RU2580871C1 (ru) * | 2014-11-20 | 2016-04-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева", НГТУ | Камертонный микрогироскоп |
RU173867U1 (ru) * | 2016-12-15 | 2017-09-15 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого" (ФГАОУ ВО "СПбПУ") | Вибрационный гироскоп LL-типа |
-
2018
- 2018-04-06 RU RU2018112632U patent/RU181216U1/ru active
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2004072580A1 (en) * | 2003-02-07 | 2004-08-26 | Honeywell International Inc. | Methods and systems for simultaneously fabricating multi-frequency mems devices |
RU2580871C1 (ru) * | 2014-11-20 | 2016-04-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева", НГТУ | Камертонный микрогироскоп |
RU173867U1 (ru) * | 2016-12-15 | 2017-09-15 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого" (ФГАОУ ВО "СПбПУ") | Вибрационный гироскоп LL-типа |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
В.Я. Распопов. Микромеханические приборы. 2007, стр. 60, рис. 1.45. * |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
KR100363247B1 (ko) | 진동구조물및그것의고유진동수제어방법 | |
JP6372566B2 (ja) | 改善された直交補償 | |
JP5275661B2 (ja) | 自己較正型加速度計 | |
JP2006053152A (ja) | 振動数検出を用いたマイクロジャイロメーター | |
JP6600672B2 (ja) | 半球共振型ジャイロスコープ | |
US7040162B2 (en) | Vibrating mass gyro | |
JP2012173055A (ja) | 物理量センサー、電子機器 | |
WO2018105132A1 (ja) | 確率共振を通じた振動エネルギーハーベスタ及びこれを用いた振動エネルギーハーベスティングシステム | |
RU181216U1 (ru) | Интегральный микромеханический гироскоп | |
KR100363786B1 (ko) | 마이크로 자이로스코프 | |
RU173867U1 (ru) | Вибрационный гироскоп LL-типа | |
JP2000074673A (ja) | 複合運動センサ | |
RU2597953C1 (ru) | Интегральный микромеханический гироскоп-акселерометр | |
RU2683810C1 (ru) | Интегральный микромеханический гироскоп-акселерометр | |
RU2649249C1 (ru) | Интегральный микромеханический гироскоп-акселерометр | |
RU2543686C1 (ru) | Микромеханический акселерометр | |
RU181082U1 (ru) | Гироскоп-аксельрометр с электростатическим подвесом ротора | |
RU2266521C1 (ru) | Интегральный микромеханический гироскоп | |
RU2353903C1 (ru) | Интегральный микромеханический гироскоп | |
US11215456B2 (en) | Resonator configured to be integrated into an inertial angular sensor | |
RU2573616C1 (ru) | Инерциальный элемент | |
RU2293338C1 (ru) | Интегральный микромеханический гироскоп-акселерометр | |
RU2455652C1 (ru) | Интегральный микромеханический гироскоп-акселерометр на основе углеродных нанотрубок | |
RU2251077C1 (ru) | Интегральный микромеханический гироскоп | |
RU2503924C1 (ru) | Интегральный микромеханический гироскоп |