Первичные преобразователи для микродатчиков ускорения и давления на алмазных материалах
Описана методика расчета и экспериментальный способ определения основных параметров микродатчиков. Рассчитанные значения емкости первичных преобразователей датчиков хорошо согласуются с экспериментальными значениями. Установлено, что емкость практически линейно зависит от измеряемого параметра. Пред...
Saved in:
| Published in: | Технология и конструирование в электронной аппаратуре |
|---|---|
| Date: | 2009 |
| Main Authors: | , , , |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Інститут фізики напівпровідників імені В.Є. Лашкарьова НАН України
2009
|
| Subjects: | |
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/52094 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | Первичные преобразователи для микродатчиков ускорения и давления на алмазных материалах / А.А. Алтухов, А.Ю. Митягин, А.В. Могучев, А.Б. Митягина // Технология и конструирование в электронной аппаратуре. — 2009. — № 4. — С. 27-29. — Бібліогр.: 8 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1860251320457363456 |
|---|---|
| author | Алтухов, А.А. Митягин, А.Ю. Могучев, А.В. Митягина, А.Б. |
| author_facet | Алтухов, А.А. Митягин, А.Ю. Могучев, А.В. Митягина, А.Б. |
| citation_txt | Первичные преобразователи для микродатчиков ускорения и давления на алмазных материалах / А.А. Алтухов, А.Ю. Митягин, А.В. Могучев, А.Б. Митягина // Технология и конструирование в электронной аппаратуре. — 2009. — № 4. — С. 27-29. — Бібліогр.: 8 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Технология и конструирование в электронной аппаратуре |
| description | Описана методика расчета и экспериментальный способ определения основных параметров микродатчиков. Рассчитанные значения емкости первичных преобразователей датчиков хорошо согласуются с экспериментальными значениями. Установлено, что емкость практически линейно зависит от измеряемого параметра.
Представлено конструкцію, технологію виготовлення, схему вимірювання параметрів первинних перетворювачів (ПП)мікродатчиків прискорення і тиску з використанням алмазних матеріалів. Описано методику розрахунку і експериментальний спосіб визначення основних параметрів мікродатчиків. Розраховане значення ємності 11 пФ для ПП датчика прискорення добре узгоджується з експериментальними значеннями. Робочий діапазон вимірювання прискорення . від 100 до 1800 м/с2, при цьому ємність практично лінійно змінюється в діапазоні 11-20,5 пФ. Для ПП датчика тиску розраховане значення ємності 7 пФ також відповідає експериментальним значенням. Робочий діапазон вимірювання тиску - від 1 до 19,5 кПа, при цьому ємність практично лінійно змінюється в діапазоні 6,4 - 11,7 пФ.·
The article presents the design, manufacturing techniques and the scheme of parameter measuring of primary transducers for acceleration and pressure microsensors based on diamond materials. There have been described the designing procedure and an experimental way of definition of microsensors' key parameters. The calculated value of capacity 11 пF for primary transducers of the gauge of acceleration, well coincides with experimental values. The working range of accelerations from 100 to 1800 m/s2, thus capacity almost linearly varies in a range 11-20,5 пF. For primary transducers of the pressure sensor the calculated value of capacity 7 пF, also well coincides with experimental values. The working range of pressure measurements from 1 to 19,5 kPa, thus capacity almost linearly varies in a range 6,4-11,7 пF.
|
| first_indexed | 2025-12-07T18:44:22Z |
| format | Article |
| fulltext |
Òåõíîëîãèÿ è êîíñòðóèðîâàíèå â ýëåêòðîííîé àïïàðàòóðå, 2009, ¹ 4
27
ÑÅÍÑÎÝËÅÊÒÐÎÍÈÊÀ
Äàòà ïîñòóïëåíèÿ â ðåäàêöèþ
02.06 2009 ã.
Îïïîíåíò ä. ò. í. À. Ô. ÁÅËßÍÈÍ
(ÖÍÈÒÈ «Òåõíîìàø», ã. Ìîñêâà)
Ê. ò. í. À. À. ÀËÒÓÕÎÂ, ä. ô.-ì. í. À. Þ. ÌÈÒßÃÈÍ,
À. Â. ÌÎÃÓ×ÅÂ, À. Á. ÌÈÒßÃÈÍÀ
Ðîññèÿ, ã. Ìîñêâà, Ïðîèçâîäñòâåííî-òåõíîëîãè÷åñêèé öåíòð
«ÓðàëÀëìàçÈíâåñò»; ã. Ôðÿçèíî, Èíñòèòóò ðàäèîòåõíèêè è ýëåêòðîíèêè
E-mail: alexandr-mityagin@yandex.ru
ÏÅÐÂÈ×ÍÛÅ ÏÐÅÎÁÐÀÇÎÂÀÒÅËÈ
ÄËß ÌÈÊÐÎÄÀÒ×ÈÊΠÓÑÊÎÐÅÍÈß
È ÄÀÂËÅÍÈß ÍÀ ÀËÌÀÇÍÛÕ ÌÀÒÅÐÈÀËÀÕ
Îïèñàíà ìåòîäèêà ðàñ÷åòà è ýêñïåðè-
ìåíòàëüíûé ñïîñîá îïðåäåëåíèÿ îñíîâ-
íûõ ïàðàìåòðîâ ìèêðîäàò÷èêîâ. Ðàñ-
ñ÷èòàííûå çíà÷åíèÿ åìêîñòè ïåðâè÷íûõ
ïðåîáðàçîâàòåëåé äàò÷èêîâ õîðîøî
ñîãëàñóþòñÿ ñ ýêñïåðèìåíòàëüíûìè çíà-
÷åíèÿìè. Óñòàíîâëåíî, ÷òî åìêîñòü
ïðàêòè÷åñêè ëèíåéíî çàâèñèò îò èçìå-
ðÿåìîãî ïàðàìåòðà.
 ñîâðåìåííîé ìèêðîýëåêòðîíèêå øèðîêî èñïîëü-
çóåòñÿ êðåìíèé è åãî ñîåäèíåíèÿ, îäíàêî èõ ìåõàíè-
÷åñêèå è òðèáîëîãè÷åñêèå õàðàêòåðèñòèêè íåäîñòà-
òî÷íî âûñîêè. Ýòî çàñòàâëÿåò ðàçðàáîò÷èêîâ èñêàòü
íîâûå ìàòåðèàëû äëÿ ñîçäàíèÿ ýôôåêòèâíûõ ìèêðî-
ñåíñîðîâ è óñòðîéñòâ òèïà ÌÝÌÑ (ìèêðîýëåêòðî-
ìåõàíè÷åñêèå ñèñòåìû), ïðåäíàçíà÷åííûõ äëÿ æåñò-
êèõ óñëîâèé ýêñïëóàòàöèè, íàïðèìåð â êîñìîñå, â
ñîñòàâå àòîìíîé òåõíèêè, ïðè âûñîêèõ òåïëîâûõ è
ìåõàíè÷åñêèõ íàãðóçêàõ è ò. ï.
Óíèêàëüíàÿ êîìáèíàöèÿ ñâîéñòâ àëìàçà, òàêèõ êàê
âûñîêàÿ ìåõàíè÷åñêàÿ è ýëåêòðè÷åñêàÿ ïðî÷íîñòü,
âûñîêàÿ òåïëîïðîâîäíîñòü, íèçêèé êîýôôèöèåíò òðå-
íèÿ, õèìè÷åñêàÿ èíåðòíîñòü, ðàäèàöèîííàÿ ñòîéêîñòü
è ñïîñîáíîñòü ðàáîòû ïðè âûñîêèõ òåìïåðàòóðàõ, äå-
ëàåò åãî èäåàëüíûì ìàòåðèàëîì äëÿ èñïîëüçîâàíèÿ â
ÌÝÌÑ, â ÷àñòíîñòè â äàò÷èêàõ óñêîðåíèÿ è äàâëå-
íèÿ. Ïðèìåíåíèå àëìàçà â êà÷åñòâå êîíñòðóêöèîííî-
ãî ìàòåðèàëà ïåðâè÷íûõ ïðåîáðàçîâàòåëåé (ÏÏ) ïî-
çâîëèò ñîçäàâàòü óíèêàëüíûå äàò÷èêè, ñïîñîáíûå
ðàáîòàòü â óñëîâèÿõ æåñòêèõ äåñòàáèëèçèðóþùèõ
ôàêòîðîâ. Çàìåíà êðåìíèÿ íà àëìàç ïðè íåèçìåííîé
êèíåìàòè÷åñêîé ñõåìå ÏÏ ïîçâîëÿåò óâåëè÷èòü ïðî÷-
íîñòü êîíñòðóêöèè ìèíèìóì â 40 ðàç, ïîâûñèòü ñîá-
ñòâåííóþ ÷àñòîòó åå êîëåáàíèé ìèíèìóì â 2 ðàçà.
Âûñîêàÿ òåïëîïðîâîäíîñòü è íèçêèé ÒÊËÐ ïîçâîëÿò
â íåñêîëüêî ðàç ñíèçèòü àääèòèâíóþ ïîãðåøíîñòü ÏÏ.
Ïðîãíîç ïðèìåíåíèÿ àëìàçà êàê ìàòåðèàëà ñ óíè-
êàëüíûìè ñâîéñòâàìè äëÿ ñîçäàíèÿ ïîëóïðîâîäíè-
êîâûõ ïðèáîðîâ, à çàòåì è ÌÝÌÑ, áûë ñäåëàí äàâ-
íî. Îäíàêî îòñóòñòâèå ýôôåêòèâíîé òåõíîëîãèè åãî
ïðåöèçèîííîé îáðàáîòêè îñòàåòñÿ îñíîâíîé ïðîáëå-
ìîé ïðèìåíåíèÿ àëìàçà â ðåàëüíûõ êîíñòðóêöèÿõ. Òåì
íå ìåíåå, â ïîñëåäíèå ãîäû ïîÿâèëèñü ïóáëèêàöèè è
ïàòåíòû íà ÷óâñòâèòåëüíûå ýëåìåíòû ìèêðîäàò÷èêîâ
íà àëìàçíûõ ìàòåðèàëàõ [1�6]. Ðåøåíèþ äàííîé
ïðîáëåìû ïîñâåùåíà è íàñòîÿùàÿ ñòàòüÿ.
Êîíñòðóêöèÿ è òåõíîëîãèÿ èçãîòîâëåíèÿ ïåð-
âè÷íûõ ïðåîáðàçîâàòåëåé äàò÷èêîâ äàâëåíèÿ
è óñêîðåíèÿ
Êîíñòðóêòèâíî ÏÏ ðàçðàáîòàííûõ äàò÷èêîâ ïðåä-
ñòàâëÿþò ñîáîé êîíäåíñàòîð, îáðàçîâàííûé íåïîä-
âèæíîé ïëàñòèíîé è ïîäâèæíîé ìåìáðàíîé (÷óâñòâè-
òåëüíûì ýëåìåíòîì) äàò÷èêà, åìêîñòü êîòîðîãî ìå-
íÿåòñÿ ïðè èçìåíåíèè äàâëåíèÿ èëè óñêîðåíèÿ. Â êà-
÷åñòâå êîíñòðóêòèâíîãî ìàòåðèàëà èñïîëüçîâàëèñü
àëìàçíûå ñëîè òîëùèíîé 2�3 è 12�14 ìêì, íàíå-
ñåííûå íà êðåìíèåâûå ïëàñòèíû.
Íà ðèñ. 1 ïðåäñòàâëåíû êîíñòðóêòèâíûå ñõåìû
ïåðâè÷íûõ ïðåîáðàçîâàòåëåé äàò÷èêîâ äàâëåíèÿ è
óñêîðåíèÿ.
Íà íèæíåé êðåìíèåâîé ïëàñòèíå 5 ðàñïîëîæåíû
àëþìèíèåâûå ïðîâîäÿùèå îáêëàäêè 3 è ñòîëáèêè 4
èç òåðìîóñàäî÷íîé ïîëèóðåòàíîâîé ïëåíêè (äëÿ ðàç-
äåëåíèÿ ïëàñòèí êîíäåíñàòîðà). Íà âåðõíåé êðåìíèå-
âîé ïëàñòèíå 1 ðàñïîëîæåí àêòèâíûé àëìàçíûé ÷óâ-
ñòâèòåëüíûé ýëåìåíò 2, êîòîðûé âìåñòå ñ íèæíåé
ïëàñòèíîé îáðàçóåò êîíäåíñàòîð.  äàò÷èêå äàâëåíèÿ
÷óâñòâèòåëüíûì ýëåìåíòîì ÿâëÿåòñÿ àëìàçíàÿ ìåìá-
ðàíà, à â äàò÷èêå óñêîðåíèÿ � êîíñîëü.
Íà ðèñ. 2 ïðåäñòàâëåíû ìåìáðàííàÿ êîíñòðóêöèÿ
÷óâñòâèòåëüíîãî ýëåìåíòà àëìàçíîãî äàò÷èêà äàâëå-
íèÿ, âïåðâûå ïðåäëîæåííîãî ñïåöèàëèñòàìè ÑØÀ [5],
è ìåìáðàííî-áàëî÷íàÿ êîíñòðóêöèÿ ÷óâñòâèòåëüíîãî
ýëåìåíòà äàò÷èêà óñêîðåíèÿ, ïðåäëîæåííàÿ íàøèìè
ñïåöèàëèñòàìè.
Ðèñ. 1. Êîíñòðóêòèâíûå ñõåìû ïåðâè÷íûõ ïðåîáðàçîâà-
òåëåé äàò÷èêîâ äàâëåíèÿ (à) è óñêîðåíèÿ (á)
à)
3
4
3
5
2
3
4
3
5
2
á)1 2 1 2
Òåõíîëîãèÿ è êîíñòðóèðîâàíèå â ýëåêòðîííîé àïïàðàòóðå, 2009, ¹ 4
28
ÑÅÍÑÎÝËÅÊÒÐÎÍÈÊÀ
Òåõíîëîãè÷åñêèé ïðîöåññ èçãîòîâëåíèÿ ÷óâñòâè-
òåëüíûõ àëìàçíûõ ýëåìåíòîâ äàò÷èêîâ ñîñòîÿë èç
ñëåäóþùèõ ýòàïîâ [7]:
� ñåëåêòèâíîå îñàæäåíèå àëìàçíîé ïëåíêè, ëå-
ãèðîâàííîé áîðîì;
� òðàâëåíèå êðåìíèåâîãî îñíîâàíèÿ;
� ñîçäàíèå ìåìáðàíû äëÿ äàò÷èêà äàâëåíèÿ è
èçãîòîâëåíèå àëìàçíîé ïëàñòèíû (ðåçêà, ïîëèðîâêà);
� òåðìîõèìè÷åñêàÿ îáðàáîòêà ïîâåðõíîñòè;
� ïðåöèçèîííàÿ ëàçåðíàÿ ðåçêà;
� ïëàçìîõèìè÷åñêîå òðàâëåíèå óïðóãèõ ýëåìåí-
òîâ (òîðñèîíîâ) äëÿ äàò÷èêà óñêîðåíèÿ.
 çàêîí÷åííîì âèäå ÏÏ äàò÷èêîâ äàâëåíèÿ è óñ-
êîðåíèÿ ìîíòèðîâàëèñü â ìåòàëëîêåðàìè÷åñêèé êîð-
ïóñ ÄÈÏ-16 íà æåñòêîå îñíîâàíèå èç ïîëèìåðèçî-
âàííîé ýïîêñèäíîé ñìîëû. Âíåøíèå âûâîäû â ðàç-
âîäèëèñü â êîðïóñå ïðè ïîìîùè çîëîòîé ïðîâîëîêè
äèàìåòðîì 25 ìêì ìåòîäîì óëüòðàçâóêîâîé ìèêðî-
ñâàðêè. Íà êîíòàêòíûå ïëîùàäêè êîðïóñà ìîíòàæ
îñóùåñòâëÿëñÿ ìåòîäîì òåðìîêîìïðåññèè.
Èñïîëüçóÿ èçâåñòíûå ìåòîäû òåîðèè ñîïðîòèâëå-
íèÿ ìàòåðèàëîâ, â ÷àñòíîñòè ìåòîä, îñíîâàííûé íà
óíèâåðñàëüíîì óðàâíåíèè óïðóãîé ëèíèè áàëêè [8],
áûëè ðàññ÷èòàíû ñòàòè÷åñêèå õàðàêòåðèñòèêè è
îïðåäåëåí äèàïàçîí ðåãèñòðèðóåìûõ óñêîðåíèé ÷óâ-
ñòâèòåëüíîãî ýëåìåíòà êîíñîëüíîãî òèïà ñ êîíöåíò-
ðàòîðîì ìàññû. Ðàñ÷åòû ïðîâîäèëèñü äëÿ ñëåäóþ-
ùèõ èñõîäíûõ äàííûõ: äëèíà áàëêè L=3,5·10�3 ì,
øèðèíà b=3,5·10�3 ì, òîëùèíà h=12·10�6 ì; ðàññòîÿ-
íèå ìåæäó îáêëàäêàìè êîíäåíñàòîðà d=1·10�5 ì.
Àíàëîãè÷íî, èñïîëüçóÿ óðàâíåíèÿ ïðîãèáà ìåìá-
ðàíû, áûëè ðàññ÷èòàíû ñòàòè÷åñêèå õàðàêòåðèñòèêè è
îïðåäåëåí äèàïàçîí ðåãèñòðèðóåìûõ âåëè÷èí äàâëå-
íèÿ äëÿ ñëåäóþùèõ èñõîäíûõ äàííûõ: ðàäèóñ è òîë-
ùèíà ìåìáðàíû R=3,5·10�3ì, h=12·10�6ì, ðàññòîÿíèå
ìåæäó îáêëàäêàìè êîíäåíñàòîðà d=1·10�5 ì.
Íà ðèñ. 3 ïðåäñòàâëåíû ðàñ÷åòíûå çàâèñèìîñòè
åìêîñòè ÏÏ äàò÷èêîâ äàâëåíèÿ è óñêîðåíèÿ îò èçìå-
ðÿåìûõ âåëè÷èí.
Èçìåðåíèÿ
Äëÿ èçìåðåíèÿ ïàðàìåòðîâ ýêñïåðèìåíòàëüíûõ
îáðàçöîâ äàò÷èêîâ óñêîðåíèÿ áûë ðàçðàáîòàí ñïåöè-
àëüíûé ñòåíä [7]. Ñòåíä ñîñòîèò èç ïðåîáðàçîâàòåëÿ
«åìêîñòü�êîä», óñòðîéñòâà óïðàâëåíèÿ è ñáîðà èí-
ôîðìàöèè è èñòî÷íèêà ïèòàíèÿ. Ïðåîáðàçîâàòåëü «åì-
êîñòü�êîä» ïðåäíàçíà÷åí äëÿ âûðàáîòêè öèôðîâîãî
êîäà, ñîîòâåòñòâóþùåãî èçìåðÿåìîìó ôèçè÷åñêîìó
ïàðàìåòðó äàò÷èêà � åìêîñòè. Óñòðîéñòâî óïðàâëå-
íèÿ è ñáîðà èíôîðìàöèè âûïîëíÿåò ñëåäóþùèå ôóí-
êöèè: íàñòðîéêó ïðåîáðàçîâàòåëÿ «åìêîñòü�êîä» â
ñîîòâåòñòâèè ñ çàäàíèåì, ïîëó÷åííûì îò ïåðñîíàëü-
íîãî êîìïüþòåðà; ïðèåì èíôîðìàöèè îá èçìåðÿåìîì
ïàðàìåòðå ñ ïðåîáðàçîâàòåëÿ «åìêîñòü�êîä»; âûäà-
÷ó èíôîðìàöèè îá èçìåðÿåìîì ïàðàìåòðå â ïåðñî-
íàëüíûé êîìïüþòåð. Èñòî÷íèê ïèòàíèÿ âûðàáàòûâàåò
íåîáõîäèìîå äëÿ ðàáîòû íàïðÿæåíèå ïèòàíèÿ.
Àëãîðèòì ðàáîòû ñëåäóþùèé. Â ñîîòâåòñòâèè ñ
çàäàííîé ïðîãðàììîé èçìåðåíèé ïåðñîíàëüíûé êîì-
ïüþòåð âûäàåò â êàíàë RS232 èíôîðìàöèþ, íåîáõî-
äèìóþ äëÿ íàñòðîéêè ïðåîáðàçîâàòåëÿ «åìêîñòü�
êîä». Óñòðîéñòâî óïðàâëåíèÿ è ñáîðà èíôîðìàöèè
ïîëó÷àåò åå è èñïîëüçóåò ïðè âûïîëíåíèè èçìåðå-
íèé. Äàëåå ïåðñîíàëüíûé êîìïüþòåð èíèöèèðóåò âû-
ïîëíåíèå èçìåðåíèÿ âûäà÷åé ñîîòâåòñòâóþùåé êîìàí-
Ðèñ. 2. Êîíñòðóêöèÿ ÷óâñòâèòåëüíûõ ýëåìåíòîâ äàò÷èêîâ äàâëåíèÿ (à) è óñêîðåíèÿ (á)
à) á)
Ðèñ. 3. Ðàñ÷åòíàÿ çàâèñèìîñòü åìêîñòè ÏÏ äàò÷èêà óñêîðåíèÿ (à) è äàò÷èêà äàâëåíèÿ (á) îò èçìåðÿåìûõ âåëè÷èí
12
10
8
6
0 4 8 12 16 20
á)à) 22
18
14
10
0 400 800 1200 1600
Å
ì
êî
ñò
ü,
ï
Ô
Óñêîðåíèå, ì/ñ2
Å
ì
êî
ñò
ü,
ï
Ô
Äàâëåíèå, êÏà
Òåõíîëîãèÿ è êîíñòðóèðîâàíèå â ýëåêòðîííîé àïïàðàòóðå, 2009, ¹ 4
29
ÑÅÍÑÎÝËÅÊÒÐÎÍÈÊÀ
äû â êàíàë RS232. Ïðèíÿâ êîìàíäó íà âûïîëíåíèå
èçìåðåíèÿ, óñòðîéñòâî óïðàâëåíèÿ è ñáîðà èíôîð-
ìàöèè âûäàåò â êàíàë I2C íàñòðîå÷íóþ èíôîðìàöèþ
äëÿ ïðåîáðàçîâàòåëÿ «åìêîñòü�êîä», îæèäàåò îêîí-
÷àíèÿ âûïîëíåíèÿ ïðåîáðàçîâàíèÿ, ñ÷èòûâàåò ðåçóëü-
òàò è îòïðàâëÿåò åãî íà ïåðñîíàëüíûé êîìïüþòåð.
Ïåðñîíàëüíûé êîìïüþòåð â ñîîòâåòñòâèè ñ çàäàííîé
ïðîãðàììîé ïðîèçâîäèò íåîáõîäèìûå âû÷èñëåíèÿ è
îòîáðàæàåò ðåçóëüòàò íà äèñïëåå. Ïðîãðàììíîå
óïðàâëåíèå è äâóõñòîðîííèé öèôðîâîé îáìåí ñèñòå-
ìû ðåãèñòðàöèè ïàðàìåòðîâ ïîçâîëÿþò àäàïòèðîâàòü
ïðîãðàììó ê ðàçëè÷íûì îáëàñòÿì ïðèìåíåíèÿ.
Åìêîñòíûå äàò÷èêè îáëàäàþò âûñîêîé òî÷íîñòüþ
è äîâîëüíî íèçêîé ñòîèìîñòüþ. Îäíàêî ðàçðàáîò÷è-
êè, ðåøèâøèå èñïîëüçîâàòü åìêîñòíûå äàò÷èêè â
ñâîåé êîíñòðóêöèè, âûíóæäåíû áóäóò ïðåäóñìîòðåòü
ñíà÷àëà ïðåîáðàçîâàíèå åìêîñòè â íàïðÿæåíèå, à çà-
òåì ïðåîáðàçîâàíèå ýòîãî íàïðÿæåíèÿ â öèôðîâîé ñèã-
íàë ñ ïîìîùüþ ïðåöèçèîííîãî ÀÖÏ. Ñóùåñòâóåò è
íîâûé ïîäõîä � ïðåîáðàçîâàíèå åìêîñòè â êîä ñ ïî-
ìîùüþ ñèãìà-äåëüòà-ìîäóëÿòîðà, êîòîðûé îáû÷íî
ÿâëÿåòñÿ ÷àñòüþ ïðåöèçèîííîãî ÀÖÏ.
Íàìè áûë èñïîëüçîâàí ïðåîáðàçîâàòåëü AD7746,
êîòîðûé èìååò äèàïàçîí èçìåðÿåìîé åìêîñòè ±4 ïÔ.
Ýòîò äèàïàçîí ìîæíî «ñìåñòèòü» íà 17 ïÔ çà ñ÷åò
êîíôèãóðèðîâàíèÿ ïðåîáðàçîâàòåëÿ. Òèïè÷íàÿ âåëè-
÷èíà ðàçðåøàþùåé ñïîñîáíîñòè â äèàïàçîíå ±4 ïÔ
ñîñòàâëÿåò 18 ðàçðÿäîâ (áåç äðîæàíèÿ). Èíòåãðàëü-
íàÿ íåëèíåéíîñòü ïðåîáðàçîâàòåëÿ «åìêîñòü�êîä» íå
õóæå 0,01%, çà ñ÷åò çàâîäñêîé êàëèáðîâêè ïîãðåø-
íîñòü èçìåðåíèÿ íå ïðåâûøàåò 4 ôÔ (4·10�15 Ô). Ïðèí-
öèï äåéñòâèÿ ïðåîáðàçîâàòåëÿ ñîñòîèò â òîì, ÷òî ïðÿ-
ìîóãîëüíûé ñèãíàë âíóòðåííåãî èñòî÷íèêà âîçáóæ-
äåíèÿ ÷åðåç åìêîñòü, êîòîðóþ íåîáõîäèìî èçìåðèòü,
ïîäàåòñÿ íà âõîä ñèãìà-äåëüòà-ìîäóëÿòîðà, êîíâåð-
òèðóþùåãî ýòîò ñèãíàë â ïîòîê áèíàðíûõ äàííûõ, ïðî-
ïîðöèîíàëüíûõ âåëè÷èíå èçìåðÿåìîé åìêîñòè. Ïðå-
îáðàçîâàòåëü ýòîãî òèïà ïðåäíàçíà÷åí äëÿ îáñëóæè-
âàíèÿ îäèíî÷íûõ è äèôôåðåíöèàëüíûõ åìêîñòíûõ
äàò÷èêîâ ñ «ïëàâàþùèìè» (íå ñîåäèíåííûìè ñ øè-
íîé «çåìëè») îáêëàäêàìè, ÷òî õàðàêòåðíî äëÿ øèðî-
êîãî êëàññà ìèêðîýëåêòðîìåõàíè÷åñêèõ äàò÷èêîâ.
Ôóíêöèþ óñòðîéñòâà óïðàâëåíèÿ è ñáîðà èíôîð-
ìàöèè âûïîëíÿåò ìèêðîêîíòðîëëåð PIC18F252. Â
ñîîòâåòñòâèè ñ çàäàííûì àëãîðèòìîì ìèêðîêîíòðîë-
ëåð óïðàâëÿåò ðàáîòîé ôóíêöèîíàëüíûõ ÷àñòåé ñèñ-
òåìû ðåãèñòðàöèè ïàðàìåòðîâ. Ïî îòíîøåíèþ ê ïðå-
îáðàçîâàòåëþ «åìêîñòü�êîä» ìèêðîêîíòðîëëåð ÿâ-
ëÿåòñÿ âåäóùèì, ò. å. îí ÿâëÿåòñÿ èíèöèàòîðîì îáìå-
íà è îñóùåñòâëÿåò ôîðìèðîâàíèå óïðàâëÿþùèõ ñèã-
íàëîâ è ïðèåì èíôîðìàöèè. Îáìåí èíôîðìàöèåé ïðî-
èçâîäèòñÿ ïî øèíå I2C â ñîîòâåòñòâèè ñ òðåáîâàíèÿ-
ìè èíòåðôåéñà I2C. Ïî îòíîøåíèþ ê ïåðñîíàëüíîìó
êîìïüþòåðó ìèêðîêîíòðîëëåð ÿâëÿåòñÿ âåäîìûì.
Îáìåí ìåæäó ìèêðîêîíòðîëëåðîì è ïåðñîíàëüíûì
êîìïüþòåðîì îñóùåñòâëÿåòñÿ ïî êàíàëó RS232.
Ðàññ÷èòàííîå çíà÷åíèå åìêîñòè 11 ïÔ äëÿ ÏÏ äàò-
÷èêà óñêîðåíèÿ õîðîøî ñîãëàñóåòñÿ ñ ýêñïåðèìåí-
òàëüíûìè çíà÷åíèÿìè. Ðàáî÷èé äèàïàçîí èçìåðåíèÿ
óñêîðåíèÿ � îò 100 äî 1800 ì/ñ2, ïðè ýòîì åìêîñòü
èçìåíÿåòñÿ ïðàêòè÷åñêè ëèíåéíî â äèàïàçîíå 11�
20,5 ïÔ.
Äëÿ ÏÏ äàò÷èêà äàâëåíèÿ ðàññ÷èòàííîå çíà÷åíèå
åìêîñòè 7 ïÔ òàê æå ñîîòâåòñòâóåò ýêñïåðèìåíòàëü-
íûì çíà÷åíèÿì. Ðàáî÷èé äèàïàçîí èçìåðåíèÿ äàâëå-
íèÿ � îò 1 äî 19,5 êÏà, ïðè ýòîì åìêîñòü ïðàêòè÷å-
ñêè ëèíåéíî èçìåíÿåòñÿ â äèàïàçîíå 6,4�11,7 ïÔ.
***
Òàêèì îáðàçîì, ðàñ÷åòû êîíñòðóêöèè ÷óâñòâèòåëü-
íûõ ýëåìåíòîâ äàò÷èêîâ äèíàìè÷åñêèõ ïàðàìåòðîâ
ïîäòâåðäèëè, ÷òî èñïîëüçîâàíèå àëìàçíûõ ìàòåðèà-
ëîâ ïîçâîëèò çíà÷èòåëüíî ðàñøèðèòü äèàïàçîí èçìå-
ðÿåìûõ âåëè÷èí è ïîëîñó ïðîïóñêàíèÿ ÷àñòîò. Ðàç-
ðàáîòàííûå è ïðåäñòàâëåííûå ÏÏ äàò÷èêîâ íà îñíîâå
àëìàçíûõ ìàòåðèàëîâ ìîãóò ñòàòü îñíîâîé ïîñòðîå-
íèÿ êîíòðîëüíî-èçìåðèòåëüíûõ óñòðîéñòâ äëÿ îáåñ-
ïå÷åíèÿ ýôôåêòèâíîé ðàáîòû ðàêåòíî-êîñìè÷åñêîãî,
àâèàöèîííîãî è ñïåöèàëüíîãî îáîðóäîâàíèÿ ïðè âîç-
äåéñòâèè àãðåññèâíûõ ôàêòîðîâ âíåøíåé ñðåäû, òà-
êèõ êàê ðàäèàöèÿ, ïðåäåëüíûå ìåõàíè÷åñêèå íàãðóç-
êè, ïîâûøåííûå èëè ïîíèæåííûå òåìïåðàòóðû.
ÈÑÏÎËÜÇÎÂÀÍÍÛÅ ÈÑÒÎ×ÍÈÊÈ
1. Ïàò. 5170668 ÑØÀ. Unit for measuring or other device /
Barbara L.Jones; Fieled.� Aug. 19, 1991.
2. Ïàò. WO 01/057295 A1 ÑØÀ. Patterning of nanocrystalline
diamond films for diamond microstructures useful in MEMS and other
devices / Krauss, Alan R.� 2001.
3. Ïàò. WO 01/077694 A1 ÑØÀ. Ultrananocrystalline diamond
cantilever wide dynamic range acceleration/vibration/pressure sensor
/ Krauss, Alan R.� 2001.
4. Ïàò. EP 1271155 A1 ÑØÀ. Micromechanical component
comprising a diamond layer, and production process / Krauss, Alan
R.� 2003.
5. Ïðîñïåêò Research Program on Diamond Based Pressure
Sensors and Accelerometers/ Funded by NASA, USAF (http://
www.vuse.vanderbilt.edu/~wkang/Diamond-PressureSensors-
Accelerometers.pdf).
6. Àëòóõîâ À. À., Ìèòÿãèí À. Þ., Ìèòÿãèíà À. Á. Ìèêðîäàò-
÷èêè óñêîðåíèÿ íà àëìàçíûõ ìàòåðèàëàõ // Òðóäû XIV Ìåæäóíàð.
íàó÷. òåõí. êîíô. «Âûñîêèå òåõíîëîãèè â ïðîìûøëåííîñòè Ðîñ-
ñèè».� Ìîñêâà.� 2008.� Ñ. 188�195.
7. Ìèòÿãèí À. Þ., Àëòóõîâ À. À., Ìèòÿãèíà À. Á. Òåõíîëî-
ãèÿ è îáîðóäîâàíèå äëÿ îáðàáîòêè àëìàçíûõ ìàòåðèàëîâ ñîâðå-
ìåííîé ýëåêòðîíèêè // Òåõíîëîãèÿ è êîíñòðóèðîâàíèå â ýëåêò-
ðîííîé àïïàðàòóðå.� 2009.� ¹ 1(79).� Ñ. 53�58.
8. Ôåäîñüåâ Â. È. Ñîïðîòèâëåíèå ìàòåðèàëîâ.� Ì.: Íàóêà,
1972.
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-52094 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 2225-5818 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-07T18:44:22Z |
| publishDate | 2009 |
| publisher | Інститут фізики напівпровідників імені В.Є. Лашкарьова НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Алтухов, А.А. Митягин, А.Ю. Могучев, А.В. Митягина, А.Б. 2013-12-28T00:03:25Z 2013-12-28T00:03:25Z 2009 Первичные преобразователи для микродатчиков ускорения и давления на алмазных материалах / А.А. Алтухов, А.Ю. Митягин, А.В. Могучев, А.Б. Митягина // Технология и конструирование в электронной аппаратуре. — 2009. — № 4. — С. 27-29. — Бібліогр.: 8 назв. — рос. 2225-5818 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/52094 Описана методика расчета и экспериментальный способ определения основных параметров микродатчиков. Рассчитанные значения емкости первичных преобразователей датчиков хорошо согласуются с экспериментальными значениями. Установлено, что емкость практически линейно зависит от измеряемого параметра. Представлено конструкцію, технологію виготовлення, схему вимірювання параметрів первинних перетворювачів (ПП)мікродатчиків прискорення і тиску з використанням алмазних матеріалів. Описано методику розрахунку і експериментальний спосіб визначення основних параметрів мікродатчиків. Розраховане значення ємності 11 пФ для ПП датчика прискорення добре узгоджується з експериментальними значеннями. Робочий діапазон вимірювання прискорення . від 100 до 1800 м/с2, при цьому ємність практично лінійно змінюється в діапазоні 11-20,5 пФ. Для ПП датчика тиску розраховане значення ємності 7 пФ також відповідає експериментальним значенням. Робочий діапазон вимірювання тиску - від 1 до 19,5 кПа, при цьому ємність практично лінійно змінюється в діапазоні 6,4 - 11,7 пФ.· The article presents the design, manufacturing techniques and the scheme of parameter measuring of primary transducers for acceleration and pressure microsensors based on diamond materials. There have been described the designing procedure and an experimental way of definition of microsensors' key parameters. The calculated value of capacity 11 пF for primary transducers of the gauge of acceleration, well coincides with experimental values. The working range of accelerations from 100 to 1800 m/s2, thus capacity almost linearly varies in a range 11-20,5 пF. For primary transducers of the pressure sensor the calculated value of capacity 7 пF, also well coincides with experimental values. The working range of pressure measurements from 1 to 19,5 kPa, thus capacity almost linearly varies in a range 6,4-11,7 пF. ru Інститут фізики напівпровідників імені В.Є. Лашкарьова НАН України Технология и конструирование в электронной аппаратуре Сенсоэлектроника Первичные преобразователи для микродатчиков ускорения и давления на алмазных материалах Первинні перетворювачі для мікродатчиків прискорення і тиску на алмазних матеріалах Primary converters microsensor speedups and pressures on diamond materials Article published earlier |
| spellingShingle | Первичные преобразователи для микродатчиков ускорения и давления на алмазных материалах Алтухов, А.А. Митягин, А.Ю. Могучев, А.В. Митягина, А.Б. Сенсоэлектроника |
| title | Первичные преобразователи для микродатчиков ускорения и давления на алмазных материалах |
| title_alt | Первинні перетворювачі для мікродатчиків прискорення і тиску на алмазних матеріалах Primary converters microsensor speedups and pressures on diamond materials |
| title_full | Первичные преобразователи для микродатчиков ускорения и давления на алмазных материалах |
| title_fullStr | Первичные преобразователи для микродатчиков ускорения и давления на алмазных материалах |
| title_full_unstemmed | Первичные преобразователи для микродатчиков ускорения и давления на алмазных материалах |
| title_short | Первичные преобразователи для микродатчиков ускорения и давления на алмазных материалах |
| title_sort | первичные преобразователи для микродатчиков ускорения и давления на алмазных материалах |
| topic | Сенсоэлектроника |
| topic_facet | Сенсоэлектроника |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/52094 |
| work_keys_str_mv | AT altuhovaa pervičnyepreobrazovatelidlâmikrodatčikovuskoreniâidavleniânaalmaznyhmaterialah AT mitâginaû pervičnyepreobrazovatelidlâmikrodatčikovuskoreniâidavleniânaalmaznyhmaterialah AT mogučevav pervičnyepreobrazovatelidlâmikrodatčikovuskoreniâidavleniânaalmaznyhmaterialah AT mitâginaab pervičnyepreobrazovatelidlâmikrodatčikovuskoreniâidavleniânaalmaznyhmaterialah AT altuhovaa pervinníperetvorûvačídlâmíkrodatčikívpriskorennâítiskunaalmaznihmateríalah AT mitâginaû pervinníperetvorûvačídlâmíkrodatčikívpriskorennâítiskunaalmaznihmateríalah AT mogučevav pervinníperetvorûvačídlâmíkrodatčikívpriskorennâítiskunaalmaznihmateríalah AT mitâginaab pervinníperetvorûvačídlâmíkrodatčikívpriskorennâítiskunaalmaznihmateríalah AT altuhovaa primaryconvertersmicrosensorspeedupsandpressuresondiamondmaterials AT mitâginaû primaryconvertersmicrosensorspeedupsandpressuresondiamondmaterials AT mogučevav primaryconvertersmicrosensorspeedupsandpressuresondiamondmaterials AT mitâginaab primaryconvertersmicrosensorspeedupsandpressuresondiamondmaterials |