ТЕПЛОВОЙ ДАТЧИК ВЕРТИКАЛИ - ИНКЛИНОМЕТР

Ю.Д. Акульшин, Е.Н. Пятышев, В.П. Козлов СПбГПУ, Россия

Датчики отклонения от вертикали - инклинометры широко применяются в различных мехатронных устройствах. Характерно все более широкое использование микроэлектромеханических инклинометров различных типов, отличающихся малыми габаритами и энергопотреблением, высоким быстродействием, стабильностью характеристик, при обеспечении весьма низкой стоимости при выпуске средними и крупными партиями.

Инклинометр нового типа, основанный на тепловой конвекции, не имеет подвижных элементов. Смешение конвективных токов нагретого воздуха в герметичной полости, расположенной внутри корпуса датчика, при наклоне создает градиент температуры на поверхности чипа датчика. На кремниевой подложке посредством микромеханической обработки реализуется тонкая мембрана, в верхней части корпуса формируется воздушная полость. Нагревательный резистор располагается на верхней стороне мембраны, с каждой стороны резистора располагаются термоприемники. Изменение температуры между термоприемниками создает дифференциальный сигнал. В качестве термоприемников могут использоваться термопары и термометры сопротивления. Для измерения двух компонент вокруг нагревателя располагают две пары термоприемников. В настоящее время датчики такого типа производят в Германии (Vogt Electronic AG) и США (фирма Memsic Inc., www.memsic.com). Датчики находят применение в автомобилестроении и робототехнике.

Лаборатория МТ и МЭМС СПбГПУ в течение ряда лет разрабатывает тепловые преобразователи - для вторичного эталона напряжения переменного тока для ВНИИМ им. Менделеева. К настоящему времени по ряду параметров преобразователь имеет показатели лучше, чем у существующих вторичных эталонов.

На базе чипа теплового преобразователя напряжения переменного тока в лаборатории был создан макетный образец однокомпонентного инклинометра и получены предварительные результаты, которые показывают возможность измерения углов наклона с разрешающей способностью не хуже 1 углового градуса. Выходной сигнал до 100 мВ в диапазоне углов 0.. .90°.

В ходе дальнейших работ по тепловому инклинометру планируется оптимизация топологии чипа и разработка специализированного корпуса с необходимой газовой полостью.