МЭМС ДАТЧИК УГЛОВОГО ПОВОРОТА

Д. Соколов, Т. Бертрам Санкт-Петербургский Государственный университет информационных технологий, механики и оптики, Россия

Тема о датчиках углового поворота выбрана не случайно, так как на кафедре мехатроники происходит разработка различных прецизионных устройств, нуждающихся в точном позиционировании вращающихся частей, а также снятии характеристик вращения узлов. Для этих целей используются датчики углового поворота. При модернизации уже существующих приборов, а также при создании новых разработок в настоящее время большое внимание уделяется миниатюризации и удешевлению используемых компонентов приборов. С другой стороны, сейчас появляется много новых технологий изготовления мини и даже микродатчиков, очень привлекательных по своим характеристикам. Самым перспективным направлением создания принципиально новых устройств является МЭМС технология. У МЭМС датчиков, как принципы действия, так и конструктивные решения сильно варьируются. Часто для получения информации об угловом повороте используют целые микросборки. Например, изделие БИЧЭ-М в базовом варианте поставки представляет собой микросборку, состоящую из трехосного преобразователя угловой скорости комплексного, трехосного преобразователя линейного ускорения комплексного, трех кристаллов 1243ЧМ1Н5 и двух кристаллов 1243ЧМ2Н5 АЕЯР.431320.214, платы коммутационной с температурным датчиком и датчиком давления, собранными в корпусе.

Корпус изделия БИЧЭ-М имеет вакуумированый внутренний объем и обеспечивает 24 контактных вывода для дальнейшего монтажа. Микромеханические датчики, представляют собой трехмерные структуры с одним, двумя или тремя чувствительными элементами с соответствующим количеством измерительных осей. Первый каскад первичной обработки сигналов с емкостных датчиков реализован в виде аналоговых микросхем специального изготовления (БИС) отдельно для ММГ и ММА бескорпусного исполнения, объединенных по оригинальной схеме на плате коммутационной (ПК), закрепленной на нижней части корпуса микросборки (МС). Аналоговые сигналы с выходов МС пропорциональны измеряемым проекциям угловых скоростей и линейных ускорений подвижного объекта, представляют собой промежуточный результат и могут быть использованы для последующей обработки в измерительных системах различного назначения. Габаритные размеры изделия БИЧЭ-М 88х80х8,5 мм определены габаритными размерами корпуса микросборки. Аналогично устроен датчик ЬС050.Он требует для своего питания 5В. Имеет малые габариты, работает при большом спектре температур и выдерживает высокие ударные нагрузки. Такие показатели характерны для МЭМС. Существует несколько конструкций МЭМС датчиков угла. Датчики крепятся на вал и позволяют определять скорость его вращения в диапазоне от 100 до 5000 об/мин. Такие датчики используют инфракрасный канал для передачи данных. Для определения углов возможно также использование специальных акселерометров, в которых из-за деформации материала изменяется его электропроводность. Деформация происходит при микроперемещениях пластин датчика. Размеры МЭМС датчиков в единицы миллиметров соизмеримы с размерами микроэлектронных компонентов. Датчики обладают повышенной стойкостью и прочностью к воздействию механических ударов до 16000 g однократного действия и широкополосной случайной вибрации в диапазоне частот до 2000 Гц, при этом занимая нишу приборов среднего класса точности.

В специальном исполнении датчик угла поворота используется для оценки аномалий магнитных полей.