Датчики ускорений на базе микромеханики и микроэлектроники
Описаны современные датчики ускорений (акселерометры), использующие новейшие принципы конструирования микромеханических и микроэлектронных приборов. Рассмотрены промышленные образцы датчиков, выпускаемых фирмой Analog Devices, приведены их параметры и даны рекомендации по их применению. Наряду с опи...
Saved in:
| Published in: | Технология и конструирование в электронной аппаратуре |
|---|---|
| Date: | 2001 |
| Main Author: | |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Інститут фізики напівпровідників імені В.Є. Лашкарьова НАН України
2001
|
| Subjects: | |
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/70827 |
| 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: | Датчики ускорений на базе микромеханики и микроэлектроники / В.С. Голуб // Технология и конструирование в электронной аппаратуре. — 2001. — № 1. — С. 31-34. — Бібліогр.: 8 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859623104143163392 |
|---|---|
| author | Голуб, В.С. |
| author_facet | Голуб, В.С. |
| citation_txt | Датчики ускорений на базе микромеханики и микроэлектроники / В.С. Голуб // Технология и конструирование в электронной аппаратуре. — 2001. — № 1. — С. 31-34. — Бібліогр.: 8 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Технология и конструирование в электронной аппаратуре |
| description | Описаны современные датчики ускорений (акселерометры), использующие новейшие принципы конструирования микромеханических и микроэлектронных приборов. Рассмотрены промышленные образцы датчиков, выпускаемых фирмой Analog Devices, приведены их параметры и даны рекомендации по их применению. Наряду с описанием датчиков, рассмотрены силы, действующие на них, и измеряемые ускорения.
|
| first_indexed | 2025-11-29T06:33:00Z |
| format | Article |
| fulltext |
Òåõíîëîãèÿ è êîíñòðóèðîâàíèå â ýëåêòðîííîé àïïàðàòóðå, 2001, ¹ 1
31
ÄÀÒ×ÈÊÈ
Îïèñàíû ñîâðåìåííûå äàò÷èêè óñêîðå-
íèé (àêñåëåðîìåòðû), èñïîëüçóþùèå
íîâåéøèå ïðèíöèïû êîíñòðóèðîâàíèÿ
ìèêðîìåõàíè÷åñêèõ è ìèêðîýëåêòðîí-
íûõ ïðèáîðîâ.
Ðàçâèòèå èíòåãðàëüíîé ìèêðîýëåêòðîíèêè ñïîñîá-
ñòâóåò ìèêðîìèíèàòþðèçàöèè äàò÷èêîâ äëÿ èçìåðå-
íèÿ ôèçè÷åñêèõ âåëè÷èí � òåìïåðàòóðû, äàâëåíèÿ,
ýíåðãåòè÷åñêîé îñâåùåííîñòè, óñêîðåíèé è äð. [1].
Íèæå ðàññìàòðèâàþòñÿ äàò÷èêè óñêîðåíèé (àêñåëå-
ðîìåòðû) è, â ÷àñòíîñòè, èõ ïðîìûøëåííûå îáðàçöû,
âûïóñêàåìûå ôèðìîé Analog Devices [2�5].
Äàò÷èêè ðàçðàáîòàíû íà áàçå íîâåéøåé òåõíîëî-
ãèè � ïîâåðõíîñòíîé ìèêðîìåõàíèêè (surface mic-
romachine), óäà÷íî ñî÷åòàþùåéñÿ ñ ìèêðîýëåêòðîí-
íîé òåõíîëîãèåé [5 (33-1); 6]. Ïîìèìî ñîçäàíèÿ óíè-
êàëüíûõ ìèêðîìåõàíèçìîâ, óêàçàííàÿ òåõíîëîãèÿ
îáåñïå÷èâàåò áåñêîíòàêòíîå ñîåäèíåíèå ýëåêòðè÷åñ-
êèõ öåïåé îáåèõ ñèñòåì � ìèêðîìåõàíèêè è ìèêðî-
ýëåêòðîíèêè. Ñîâðåìåííîå ïîñòðîåíèå èçìåðèòåëü-
íûõ ñèñòåì ïðåäóñìàòðèâàåò ïðèìåíåíèå ñïåöèàëè-
çèðîâàííûõ ïðîöåññîðîâ äëÿ öèôðîâîé îáðàáîòêè
âûõîäíûõ ñèãíàëîâ äàò÷èêîâ ðàçíûõ òèïîâ [2,
ñ. 9.1�9.17; 7].
ÐÀÑÑÌÀÒÐÈÂÀß ïðèíöèï ðàáîòû äàò÷èêà óñ-
êîðåíèé, áóäåì ïîëüçîâàòüñÿ ïîíÿòèåì ñèëû èíåð-
öèè. Çà÷àñòóþ ñèëû èíåðöèè ñ÷èòàþòñÿ íåñóùåñòâó-
þùèìè, êàæóùèìèñÿ èëè ïñåâäîñèëàìè. Òåì íå ìå-
íåå ñèëû èíåðöèè ïðèçíàíû [8, ñ. 154, 155], è ðåàëüíî
èìåííî îíè äåéñòâóþò íà ÷óâñòâèòåëüíûé ýëåìåíò
äàò÷èêà (è íå òîëüêî íà íåãî). Äàò÷èê çàêðåïëÿåò-
ñÿ, íàïðèìåð, íà îáúåêòå, ñïîñîáíîì ïåðåìåùàòüñÿ ñ
óñêîðåíèåì, è ÿâëÿåòñÿ åãî ñîñòàâíîé ÷àñòüþ. Îáúåêò
(âìåñòå ñ äàò÷èêîì) ðàññìàòðèâàåòñÿ ïðèíàäëåæà-
ùèì ê òàê íàçûâàåìîé íåèíåðöèàëüíîé ñèñòåìå îò-
ñ÷åòà, â êîòîðîé ïðîÿâëÿåòñÿ äåéñòâèå ñèë èíåðöèè, à
âíåøíÿÿ ñðåäà � ê èíåðöèàëüíîé, â êîòîðîé îáúåêò
äâèæåòñÿ ñ óñêîðåíèåì [8].
 îáùåì ñëó÷àå íà ÷óâñòâèòåëüíûé ýëåìåíò äàò-
÷èêà, à òàêæå íà îáúåêò â öåëîì, äåéñòâóþò íå òîëü-
êî ñèëû èíåðöèè, ïðîïîðöèîíàëüíûå ìàññàì ýëåìåí-
òà è îáúåêòà, ñîîòâåòñòâåííî, íî è ñèëû òÿãîòåíèÿ
(ãðàâèòàöèîííûå ñèëû), òàêæå ïðîïîðöèîíàëüíûå
óêàçàííûì ìàññàì. Òå è äðóãèå ñèëû ÷óâñòâóþòñÿ
îäèíàêîâî, áåç êàêîãî-ëèáî ðàçëè÷èÿ, ÷òî ñîîòâåò-
ñòâóåò ïðèíöèïó ýêâèâàëåíòíîñòè ìàññ � èíåðöè-
îííîé (èíåðòíîé) è ãðàâèòàöèîííîé, à òàêæå (â ñî-
îòâåòñòâèè ñ îáùåé òåîðèåé îòíîñèòåëüíîñòè) ýêâè-
âàëåíòíîñòè îáîèõ ÿâëåíèé � èíåðöèè è ãðàâèòà-
öèè (òÿãîòåíèÿ).
Ñèëû èíåðöèè è òÿãîòåíèÿ èìåþò îäíîòèïíûå
âûðàæåíèÿ �
Pè= �ma; Pò= mg,
ãäå m � îäíà è òà æå ìàññà, âûñòóïàþùàÿ â îäíîì
ñëó÷àå êàê èíåðöèîííàÿ, à â äðóãîì êàê ãðàâèòàöè-
îííàÿ, à �a è g � "èíåðöèîííîå óñêîðåíèå" è ãðàâè-
òàöèîííîå, ñîîòâåòñòâåííî. Çíàê ìèíóñ ïåðåä a îáóñ-
ëîâëåí òåì, ÷òî a � ýòî óñêîðåíèå äâèæåíèÿ, à �a
� èíåðöèîííîå, ÷èñëåííî ðàâíîå ïåðâîìó, íî ïðîòè-
âîïîëîæíîå åìó ïî íàïðàâëåíèþ äåéñòâèÿ. Ñóììà
óñêîðåíèé äâèæåíèÿ è èíåðöèè ðàâíà íóëþ, íî äåé-
ñòâóþò îíè â ðàçíûõ ñèñòåìàõ îòñ÷åòà: ñ óñêîðåíè-
åì äâèæåíèÿ ïåðåìåùàåòñÿ îáúåêò îòíîñèòåëüíî
îêðóæàþùåé ñðåäû (â èíåðöèàëüíîé ñèñòåìå îòñ÷å-
òà), à "èíåðöèîííîå óñêîðåíèå", ïîðîæäàåìîå ñèëîé
èíåðöèè, äåéñòâóåò â ïåðåìåùàþùåìñÿ îáúåêòå (â
íåèíåðöèàëüíîé ñèñòåìå îòñ÷åòà).
Ñèëû òÿãîòåíèÿ è èíåðöèè ðàññìàòðèâàþò êàê
ðåçóëüòàò âîçäåéñòâèÿ ïîëåé òÿãîòåíèÿ è èíåðöèè.
Óêàçàííûå ïîëÿ ìîæíî ñðàâíèòü ñ ìàãíèòíûìè ïî-
ëÿìè èíäóêöèè è ñàìîèíäóêöèè, â ðåçóëüòàòå ÷åãî,
ïî àíàëîãèè, ïîëå èíåðöèè ìîæíî ñ÷èòàòü ïîëåì "ñà-
ìîòÿãîòåíèÿ", âîçíèêàþùèì â ðåçóëüòàòå óñêîðåí-
íîãî äâèæåíèÿ òåëà. Ïðè ýòîì, êàê óæå ñêàçàíî, óñ-
êîðåííîå äâèæåíèå ïðîèñõîäèò â èíåðöèàëüíîé ñèñ-
òåìå îòñ÷åòà, à ñèëà èíåðöèè, êàê ðåçóëüòàò ýòîãî
äâèæåíèÿ, âîçíèêàåò â íåèíåðöèàëüíîé ñèñòåìå. Ñèëà
òÿãîòåíèÿ äåéñòâóåò îäíîâðåìåííî â îáåèõ ñèñòå-
ìàõ (òðàíñôîðìèðóåòñÿ èç îäíîé ñèñòåìû â äðóãóþ
îäèí ê îäíîìó). Ñîîòâåòñòâåííî, åñëè â íåèíåðöè-
àëüíîé ñèñòåìå ñîçäàòü äðóãóþ, "âíóòðåííþþ", íåèíåð-
öèàëüíóþ ñèñòåìó, ïåðâàÿ íåèíåðöèàëüíàÿ ñèñòåìà
áóäåò äëÿ íåå èíåðöèàëüíîé, à ñèëà èíåðöèè, äåéñòâó-
þùàÿ â ïåðâîé ñèñòåìå, áóäåò ïðîÿâëÿòüñÿ â íåé êàê
ñèëà òÿãîòåíèÿ.
Åñëè ñêàçàòü ïðîùå, áåç ó÷åòà ñèñòåì îòñ÷åòà, êàê
ýòî äåëàåòñÿ â ýëåêòðîòåõíèêå (â ñîîòâåòñòâèè ñ
ÿâëåíèÿìè èíäóêöèè è ñàìîèíäóêöèè), òî íà îáúåêò
è, ñîîòâåòñòâåííî, íà äàò÷èê è åãî ÷óâñòâèòåëüíûé
ýëåìåíò ìîãóò âîçäåéñòâîâàòü íåñêîëüêî óñêîðåíèé
äâèæåíèÿ (èç ðàçíûõ íåèíåðöèàëüíûõ ñèñòåì, íà-
Äàòà ïîñòóïëåíèÿ â ðåäàêöèþ
09.10 2000 ã.
Îïïîíåíò ä. ò. í. Â. À. ÐÎÌÀÍÎÂ
ÄÀÒ×ÈÊÈ ÓÑÊÎÐÅÍÈÉ
ÍÀ ÁÀÇÅ ÌÈÊÐÎÌÅÕÀÍÈÊÈ È ÌÈÊÐÎÝËÅÊÒÐÎÍÈÊÈ
Ê. ò. í. Â. Ñ. ÃÎËÓÁ
Óêðàèíà, ã. Êèåâ, Íàó÷.-ïðîèçâîäñòâ. ôèðìà VD MAIS
E-mail: vdmais@carrier.kiev.ua
Òåõíîëîãèÿ è êîíñòðóèðîâàíèå â ýëåêòðîííîé àïïàðàòóðå, 2001, ¹ 1
32
ÄÀÒ×ÈÊÈ
õîäÿùèõñÿ îäíà â äðóãîé). Ñóììàðíîå óñêîðåíèå
áóäåò ðàâíî
aΣ= g � (a1+ a2+�),
ãäå a1, a2, � � óêàçàííûå óñêîðåíèÿ, êîòîðûå ìîãóò
áûòü ðàâíû èëè íå ðàâíû íóëþ.  îòëè÷èå îò a1, a2,
�, óñêîðåíèå g (â íàøèõ "çåìíûõ" óñëîâèÿõ) âñåãäà
ïðèñóòñòâóåò, ò. ê. îáóñëîâëåíî ïîëåì òÿãîòåíèÿ
Çåìëè, è áóäåò âîçäåéñòâîâàòü íà äàò÷èê. Îòìåòèì,
÷òî óñêîðåíèå òÿãîòåíèÿ íåñêîëüêî îñëàáëåíî çà
ñ÷åò "èíåðöèîííîãî óñêîðåíèÿ", îáóñëîâëåííîãî âðà-
ùåíèåì Çåìëè. Â ýòîì ñìûñëå Çåìëþ ìîæíî ðàñ-
ñìàòðèâàòü êàê íåèíåðöèàëüíóþ ñèñòåìó, âðàùàþ-
ùóþñÿ âîêðóã ñâîåé îñè â ñîëíå÷íîé èíåðöèàëüíîé
ñèñòåìå. ×òî êàñàåòñÿ âðàùåíèÿ Çåìëè âîêðóã Ñîë-
íöà, òî ïðè ýòîì âðàùåíèè, ñîïðîâîæäàåìîì ñâîáîä-
íûì ïàäåíèåì, Çåìëÿ áóäåò â ñîñòîÿíèè íåâåñîìîñ-
òè ïî îòíîøåíèþ ê Ñîëíöó (à òàêæå ïî îòíîøåíèþ
ê êîñìîñó â öåëîì). Óñêîðåíèÿ, êàê è ñèëû, � âåê-
òîðíûå âåëè÷èíû. Ñîîòâåòñòâåííî, âûðàæåíèå äëÿ
aΣ ïðåäñòàâëÿåò ñîáîé âåêòîðíóþ ñóììó óñêîðåíèé.
Ñîãëàñíî ñêàçàííîìó âûøå, äàò÷èêè óñêîðåíèé
(àêñåëåðîìåòðû) ïðåäíàçíà÷åíû äëÿ èçìåðåíèÿ óñ-
êîðåíèé äâóõ âèäîâ � äâèæåíèÿ (áëàãîäàðÿ ÿâëå-
íèþ èíåðöèè) è òÿãîòåíèÿ è áóäóò èçìåðÿòü èõ áåç
ðàçëè÷èÿ òîãî, ÷òî ýòî çà óñêîðåíèÿ. Âñå áóäåò îïðå-
äåëÿòüñÿ óñòàíîâêîé äàò÷èêîâ è èõ èñïîëüçîâàíèåì.
ÔÈÐÌÀ Analog Devices âûïóñêàåò îäíî- è äâóõ-
îñåâûå (îäíî- è äâóõêîîðäèíàòíûå) äàò÷èêè, ïåðå-
÷èñëåííûå â òàáëèöå. Ïåðâûå èç íèõ èçìåðÿþò óñ-
êîðåíèÿ â îäíîì (X), âòîðûå � â äâóõ (X è Y)
âçàèìíî ïåðïåíäèêóëÿðíûõ íàïðàâëåíèÿõ.
Äàò÷èêè âûïóñêàþòñÿ ïîä òîðãîâîé ìàðêîé
iMEMS® (Integrated Microelectromechanical Systems)
è ïðåäíàçíà÷åíû äëÿ èçìåðåíèÿ óñêîðåíèé íà òðàíñ-
ïîðòíûõ ñðåäñòâàõ, ïðè ìåõàíè÷åñêèõ (âèáðàöèîí-
íûõ, óäàðíûõ è ñòàòè÷åñêèõ) èñïûòàíèÿõ ìåõàíèç-
ìîâ è ïðèáîðîâ, äëÿ êîíòðîëÿ âèáðàöèè ñòàíêîâ,
îáîðóäîâàíèÿ è çäàíèé è äëÿ äðóãèõ öåëåé. Ïî âå-
ëè÷èíå èçìåðÿåìîãî óñêîðåíèÿ äàò÷èêè ïîäðàçäå-
ëÿþòñÿ íà äâå ãðóïïû: ñî øêàëàìè íèçêèõ è âûñî-
êèõ óñêîðåíèé � äî 10g (2g, 5g è 10g) è âûøå 10g
(50g è 100g).  êà÷åñòâå åäèíèöû èçìåðåíèÿ ïðèíÿ-
òî óñêîðåíèå çåìíîãî òÿãîòåíèÿ g. Âåëè÷èíà g çà-
âèñèò îò çåìíîé øèðîòû è âûñîòû íàä óðîâíåì ìè-
ðîâîãî îêåàíà.  çàâèñèìîñòè îò øèðîòû çíà÷åíèå
g ëåæèò â ïðåäåëàõ îò 9,78 ì/ñ2 íà ýêâàòîðå äî
9,834 ì/ñ2 íà ïîëþñàõ ïðè ñðåäíåì çíà÷åíèè 9,807
ì/ñ2. Âîçìîæíûå îòêëîíåíèÿ âåëè÷èíû g â çàâèñè-
ìîñòè îò ìåñòíîñòè íàõîäÿòñÿ â ïðåäåëàõ òî÷íîñòè
ðàññìàòðèâàåìûõ äàò÷èêîâ. Óñêîðåíèå çåìíîãî òÿ-
ãîòåíèÿ èñïîëüçóåòñÿ äëÿ èõ êàëèáðîâêè. Ïðè íå-
îáõîäèìîñòè áîëåå òî÷íàÿ êàëèáðîâêà äàò÷èêîâ
ìîæåò áûòü ïðîèçâåäåíà ñ ó÷åòîì ïîïðàâêè ê óñêî-
ðåíèþ g äëÿ äàííîé ìåñòíîñòè. Âäîëü êàæäîé èç
îñåé äàò÷èêè ïðîèçâîäÿò èçìåðåíèå â äâóõ âçàèìíî
ïðîòèâîïîëîæíûõ íàïðàâëåíèÿõ (ïîëîæèòåëüíîå è
îòðèöàòåëüíîå óñêîðåíèÿ).
Ðàññìîòðèì äåéñòâèå äâóõîñåâîãî äàò÷èêà, óñòà-
íîâëåííîãî ãîðèçîíòàëüíî íà àâòîìàøèíå: îñü X �
ïî íàïðàâëåíèþ äâèæåíèÿ è îñü Y � áîêîâîå íà-
ïðàâëåíèå (ïîä óãëîì 90°). Ïî îñè X áóäåò èçìå-
ðÿòüñÿ óñêîðåíèå äâèæåíèÿ (â ò. ÷. îòðèöàòåëüíîå
ïðè òîðìîæåíèè). Ïî îñè Y áóäåò èçìåðÿòüñÿ óñêî-
ðåíèå, âîçíèêàþùåå ïðè ïîâîðîòàõ è ïðîïîðöèîíàëü-
íîå êâàäðàòó óãëîâîé ñêîðîñòè. Ïðè äâèæåíèè ïî
ãîðèçîíòàëè äàò÷èê íå áóäåò ðåàãèðîâàòü íà óñêî-
ðåíèå òÿãîòåíèÿ, íî ïðè ïîäúåìå è ñïóñêå, ò. å. ïðè
ïðîäîëüíîì êðåíå, à òàêæå ïðè áîêîâîì êðåíå àâòî-
ìàøèíû èçìåðÿåìûå óñêîðåíèÿ äâèæåíèÿ áóäóò ñóì-
ìèðîâàòüñÿ ñ ñîñòàâëÿþùèìè óñêîðåíèÿ òÿãîòåíèÿ
gsinα è gsinβ, ãäå α è β � ñîîòâåòñòâóþùèå óãëû
íàêëîíà (ïî îñÿì X è Y). Ïðè ýòîì äàò÷èê áóäåò
ðàçëè÷àòü ïîëîæèòåëüíûå è îòðèöàòåëüíûå óãëû íà-
êëîíà (çíàê ñèíóñà îïðåäåëÿåòñÿ çíàêîì óãëà). Ñî-
îòâåòñòâåííî äàò÷èê áóäåò èçìåðÿòü òîëüêî êðåí
ïðè îòñóòñòâèè óñêîðåííîãî äâèæåíèÿ èëè âîîáùå
ïðè îòñóòñòâèè äâèæåíèÿ. Îäíî èç ïðèìåíåíèé äàò-
÷èêîâ íà àâòîìàøèíå � îáåñïå÷åíèå ñðàáàòûâàíèÿ
çàùèòíûõ ñðåäñòâ ïðè ðåçêîì òîðìîæåíèè èëè ñòîë-
êíîâåíèè.
Íà ðèñóíêå ïðèâåäåíà óïðîùåííàÿ ñõåìà ïîñò-
ðîåíèÿ ÷óâñòâèòåëüíîãî ýëåìåíòà äâóõîñåâûõ äàò-
Àêñåëåðîìåòðû ôèðìû Analog Devices
Øêàëà èçìåðÿåìûõ óñêîðåíèé,
g
×óâñòâè-
òåëüíîñòü
Âåðõíåå çíà÷åíèå
Òèï
(íàèìåíîâàíèå)
äàò÷èêà
Êîëè-
÷åñòâî
êîîð-
äèíàò
Íèæíåå
çíà÷å-
íèå íîì. ìèí. òèï.
Äèàïàçîí
÷àñòîò óñ-
êîðåíèé
(–3 äÁ),
êÃö
Ðàç-
ðåøå-
íèå,
g
Àíà-
ëîã,
ìÂ/g
ØÈÌ,
%/g
Íåëè-
íåé-
íîñòü,
%
Øóì,
Óãîë
ðàññî-
ãëàñî-
âàíèÿ, °
ADXL105JQC
ADXL105AQC
±1 ±5 ±5 ±7 12 0,002 250 0,225
ADXL150JQC
ADXL150AQC
±5 ±50 ±40 ±50 1 0,01 38,0 1
ADXL190WQC
1
±100 ±105 – 0,4 0,04 18,0
–
4
–
ADXL202JE
ADXL202AE
±2 ±2 –
6/1
(Àíàëîã/
ØÈÌ)
0,2
ADXL202JQC
ADXL202AQC
±2 ±1,5 ±2
0,005 312 12,5
ADXL210JQC
ADXL210AQC
–
±10 ±8 ±10
5/0,5
(Àíàëîã/
ØÈÌ) 0,005 100 4,0
0,5
±0,01
ADXL250JQC
ADXL250AQC
2
±5 ±50 ±40 ±50 1 0,01 38,0 –
0,2
1 ±0,1
Ãö
gm
Òåõíîëîãèÿ è êîíñòðóèðîâàíèå â ýëåêòðîííîé àïïàðàòóðå, 2001, ¹ 1
33
ÄÀÒ×ÈÊÈ
÷èêîâ ADXL202 è ADXL210 [4; 5 (33-1)]. Åãî îñ-
íîâó ñîñòàâëÿåò ïðÿìîóãîëüíàÿ ïëàñòèíà, îáëàäàþ-
ùàÿ ìàññîé m è óñòàíîâëåííàÿ íà ïîëèñèëèêîíîâûõ
ðåññîðíûõ ïîäâåñêàõ A1�A4, ðàñïîëîæåííûõ ïî óã-
ëàì ïëàñòèíû (ïîêàçàíû â óïðîùåííîì âèäå). Ïëàñ-
òèíà èìååò âîçìîæíîñòü cìåùàòüñÿ â ñâîåé ïëîñêî-
ñòè ïîä äåéñòâèåì ñèë èíåðöèè è òÿãîòåíèÿ (ñîîò-
âåòñòâåííî ïî îñÿì X è Y). Âåëè÷èíà ñìåùåíèÿ
îïðåäåëÿåòñÿ ïðèëîæåííîé ñèëîé, óðàâíîâåøèâàåìîé
ñèëîé óïðóãîñòè, âîçíèêàþùåé áëàãîäàðÿ äåôîðìà-
öèè ïîäâåñîê è ïðîïîðöèîíàëüíîé ýòîìó ñìåùåíèþ.
Êîíñòðóêöèÿ äâóõîñåâîãî ÷óâñòâèòåëüíîãî ýëåìåí-
òà, ñõåìàòè÷åñêè ïîêàçàííîãî íà ðèñóíêå, ÿâëÿåòñÿ
íîâîé.  äàò÷èêå ADXL250 [4; 5 (30-4)], ðàçðàáî-
òàííîì ðàíåå, âìåñòî äâóõîñåâîãî èñïîëüçóþòñÿ äâà
îäíîîñåâûõ ýëåìåíòà, óñòàíîâëåííûõ ïîä óãëîì 90°.
Ïî ñòîðîíàì ïëàñòèíû ðàñïîëîæåíû äèôôåðåí-
öèàëüíûå êîíäåíñàòîðû CX1, CX2, CY1 è CY2, ïîäâèæ-
íûå ÷àñòè (ïàëüöû) êîòîðûõ ìåõàíè÷åñêè ñîñòàâ-
ëÿþò îäíî öåëîå ñ ïëàñòèíîé. Êàæäûé ïîäâèæíûé
ïàëåö îõâà÷åí äâóìÿ íåïîäâèæíûìè, ñ êîòîðûìè îí
è ñîñòàâëÿåò äèôôåðåíöèàëüíûé êîíäåíñàòîð, ñîñòî-
ÿùèé èç äâóõ ñåêöèé. Ïðè ñìåùåíèè ïîäâèæíîãî
ïàëüöà (âìåñòå ñ ïëàñòèíîé) åìêîñòü îäíîé ñåêöèè
âîçðàñòàåò, à äðóãîé � óìåíüøàåòñÿ. Ðàçáàëàíñ åì-
êîñòåé, îáóñëîâëåííûé ñìåùåíèåì ïëàñòèíû, èñïîëü-
çóåòñÿ â ýëåêòðè÷åñêîé ÷àñòè äàò÷èêà äëÿ ïîëó÷å-
íèÿ ñèãíàëà, ïðîïîðöèîíàëüíîãî èçìåðÿåìîìó óñêî-
ðåíèþ. Íà ðèñóíêå íà êàæäîé ñòîðîíå ïëàñòèíû ïî-
êàçàí îäèí êîíäåíñàòîð. Â äåéñòâèòåëüíîñòè èõ íå-
ñêîëüêî, è îíè âêëþ÷åíû ïàðàëëåëüíî, ïðè÷åì âìåñ-
òå âêëþ÷åíû êîíäåíñàòîðû îáåèõ ïðîòèâîïîëîæíûõ
ñòîðîí. Â ðåçóëüòàòå ÷óâñòâèòåëüíûé ýëåìåíò äàò-
÷èêà èìååò äâà "ñóììàðíûõ" êîíäåíñàòîðà � CX è
CY, ñîñòîÿùèõ èç íåñêîëüêèõ êîíäåíñàòîðîâ. Ðàçìå-
ðû ýëåìåíòîâ äèôôåðåíöèàëüíîãî êîíäåíñàòîðà:
äëèíà àêòèâíîé ÷àñòè ïàëüöåâ � 125 ìêì, âûñîòà
� 2 ìêì, çàçîð ìåæäó ïîäâèæíûìè è íåïîäâèæíû-
ìè ïàëüöàìè (â ñðåäíåì ïîëîæåíèè) � 1,3 ìêì.
Ýëåêòðè÷åñêàÿ ÷àñòü äàò÷èêîâ ADXL202 è ADXL210,
ïîìèìî óêàçàííûõ êîíäåíñàòîðîâ, ñîäåðæèò:
� äâóõòàêòíûé âûñîêî÷àñòîòíûé ãåíåðàòîð, âû-
õîäíîå íàïðÿæåíèå êîòîðîãî ïîäàåòñÿ â ïðîòèâî-
ôàçå íà íåïîäâèæíûå ïàëüöû äèôôåðåíöèàëüíûõ
êîíäåíñàòîðîâ (CX è CY);
� äåìîäóëÿòîðû (â êàæäîì êàíàëå X è Y), âõî-
äû êîòîðûõ ïîäêëþ÷åíû ê ïîäâèæíûì ïàëüöàì CX
è CY. Â äåìîäóëÿòîðàõ âûõîäíîé ñèãíàë êîíäåíñà-
òîðîâ, âåëè÷èíà è ôàçà êîòîðîãî îïðåäåëÿþòñÿ èç-
ìåðÿåìûì óñêîðåíèåì, äåìîäóëèðóåòñÿ â ñðàâíåíèè
ñ íàïðÿæåíèåì âûñîêî÷àñòîòíîãî ãåíåðàòîðà (ñèíõ-
ðîííîå äåòåêòèðîâàíèå);
� RC-ôèëüòðû íà âûõîäå äåìîäóëÿòîðîâ, ðåçè-
ñòîðû êîòîðûõ íàõîäÿòñÿ â ñîñòàâå ìèêðîñõåìû, à
êîíäåíñàòîðû, îáåñïå÷èâàþùèå âìåñòå ñ ðåçèñòîðà-
ìè ôèëüòðàöèþ äåìîäóëèðîâàííîãî ñèãíàëà, ìîãóò
áûòü ïîäêëþ÷åíû ñíàðóæè. Ñîîòâåòñòâåííî âûâî-
äû äëÿ ïîäêëþ÷åíèÿ êîíäåíñàòîðîâ ÿâëÿþòñÿ âû-
âîäàìè âûõîäíîãî àíàëîãîâîãî ñèãíàëà;
� äâóõêàíàëüíûé ïðåîáðàçîâàòåëü âûõîäíîãî
àíàëîãîâîãî íàïðÿæåíèÿ â ñèãíàë ñ øèðîòíî-èì-
ïóëüñíîé ìîäóëÿöèåé (ØÈÌ). Èçìåðÿåìîå óñêîðå-
íèå ïðîïîðöèîíàëüíî ∆T/T2, ãäå ∆T=T1�T2/2, T1 �
äëèòåëüíîñòü èìïóëüñà, T2 � ïåðèîä ØÈÌ-ñèãíà-
ëà. Ïåðèîä ìîæåò áûòü âûñòàâëåí âíåøíèì ðåçèñ-
òîðîì â ïðåäåëàõ îò 0,5 äî 10 ìñ.
 äðóãèõ äàò÷èêàõ � ìèêðîñõåìàõ ADXL150/
190/250 � íà âûõîäå âìåñòî øèðîòíî-èìïóëüñíî-
ãî ïðåîáðàçîâàòåëÿ èñïîëüçóþòñÿ áóôåðíûå óñèëè-
òåëè, ïîçâîëÿþùèå ïðîèçâîäèòü òàêæå ïîäðåãóëè-
ðîâêó íóëÿ è ìàêñèìàëüíîãî ïîêàçàíèÿ øêàëû âû-
õîäíîãî íàïðÿæåíèÿ. Ìèêðîñõåìà ADXL105 äîïîë-
íèòåëüíî ñîäåðæèò òåìïåðàòóðíûé äàò÷èê, êîòîðûé
ìîæåò áûòü èñïîëüçîâàí äëÿ òåìïåðàòóðíîé êîì-
ïåíñàöèè âûõîäíîãî íàïðÿæåíèÿ äàò÷èêà óñêîðå-
íèé. Áóôåðíûé óñèëèòåëü â ADXL105 èìååò ñâî-
áîäíûå âûâîäû âõîäà è âûõîäà è ìîæåò áûòü êîí-
ôèãóðèðîâàí ïî æåëàíèþ ïîòðåáèòåëÿ. Âñå äàò÷èêè
èìåþò öåïü ñàìîòåñòèðîâàíèÿ. Êàê óæå ñêàçàíî âûøå,
èñïîëüçîâàíèå ñïåöèàëèçèðîâàííûõ ïðîöåññîðîâ (è
íå òîëüêî ñïåöèàëèçèðîâàííûõ) îáåñïå÷èâàåò ïîëó-
÷åíèå âûõîäíûõ äàííûõ â öèôðîâîé ôîðìå.
Îñíîâíûå ïàðàìåòðû äàò÷èêîâ ïðèâåäåíû â òàá-
ëèöå. Îáîçíà÷åíèå äàò÷èêà ñîñòîèò èç îñíîâíîé ÷à-
ñòè (ADXL105 è äð.) è äîïîëíèòåëüíîé, ïåðâàÿ áóêâà
êîòîðîé îïðåäåëÿåò ðàçíîâèäíîñòü äàò÷èêà, îòëè÷à-
þùóþñÿ, â îñíîâíîì, òåìïåðàòóðíûì äèàïàçîíîì:
J � îò 0 äî +70°C; A � îò �40 äî +85°C; W � îò
�40 äî +105°C. Îñòàëüíûå áóêâû îáîçíà÷àþò êîð-
ïóñ ìèêðîñõåìû: QC � êåðàìè÷åñêèé êîðïóñ ñ 14
âûâîäàìè äëÿ ïîâåðõíîñòíîãî ïå÷àòíîãî ìîíòàæà,
ðàñïîëîæåííûìè ñ äâóõ ñòîðîí êîðïóñà, ìàññà ìèê-
ðîñõåìû � 5 ã; E � êåðàìè÷åñêèé êîðïóñ ìåíüøå-
ãî ðàçìåðà ñ 8 âûâîäàìè, ðàñïîëîæåííûìè ïîä êîð-
ïóñîì, ìàññà � 1 ã (äëÿ íîâîãî äàò÷èêà ADXL202E
[4]). Äàò÷èêè ñïîñîáíû âûäåðæèâàòü óäàðû äëè-
òåëüíîñòüþ 0,5 ìñ, íå ïîâðåæäàÿñü: âî âêëþ÷åííîì
ñîñòîÿíèè � äî 500�1000 g, â âûêëþ÷åííîì � äî
1000�2000 g (â çàâèñèìîñòè îò òèïà äàò÷èêà). Òåì-
ïåðàòóðà õðàíåíèÿ äàò÷èêîâ � îò �65 äî +150°C.
Íàïðÿæåíèå ïèòàíèÿ � îò 2,7 äî 6 Â (â çàâèñèìî-
ñòè îò òèïà äàò÷èêà).
Óïðîùåííàÿ ñõåìà ÷óâñòâèòåëüíîãî ýëåìåíòà äàò÷èêà
óñêîðåíèé
ÑÕ1
ÑÕ2
ÑY2
ÑY1
m
A3 A4
X
Y
A1 A2
5
Òåõíîëîãèÿ è êîíñòðóèðîâàíèå â ýëåêòðîííîé àïïàðàòóðå, 2001, ¹ 1
34
ÄÀÒ×ÈÊÈ
Ïîìèìî ðàññìîòðåííûõ äàò÷èêîâ, ôèðìà Analog
Devices âûïóñêàåò ìîäóëè (Evaluation Modules), ñî-
äåðæàùèå îäèí (ADXL105EM-1, ADXL150EM-1,
ADXL190EM-1) è òðè (ADXL105EM-3, ADXL150EM-3)
äàò÷èêà. Ïîñëåäíèå óñòàíîâëåíû â ìîäóëÿõ â òðåõ
âçàèìíî ïåðïåíäèêóëÿðíûõ íàïðàâëåíèÿõ. Óêàçàí-
íûå ìîäóëè ÿâëÿþòñÿ îöåíî÷íûìè, íî ìîãóò áûòü
èñïîëüçîâàíû äëÿ èçìåðåíèé. Ôèðìà âûïóñêàåò òàê-
æå îöåíî÷íûå ïëàòû (Evaluation Boards) ADXL105EB,
ADXL150EB, ADXL202EB, ADXL210EB è
ADXL250EB, ñîäåðæàùèå â ñìîíòèðîâàííîì ñîñòî-
ÿíèè äàò÷èêè è äðóãèå êîìïîíåíòû � âñå, ÷òî íåîá-
õîäèìî äëÿ îçíàêîìëåíèÿ ñ äàò÷èêàìè è ïðàêòè÷åñ-
êîé îöåíêè èõ âîçìîæíîñòåé. Âûïóñêàåòñÿ òàêæå
íàáîð (Evaluation Kit) ADXL202EB-232, äîïîëíè-
òåëüíî ñîäåðæàùèé êàáåëü äëÿ ïîäêëþ÷åíèÿ ê ðàçúå-
ìó èíòåðôåéñà RS-232 è êîìïàêò-äèñê ñ ïðîãðàìì-
íûì îáåñïå÷åíèåì äëÿ îöåíêè âîçìîæíîñòåé äàò÷è-
êà è ìîäåëèðîâàíèÿ åãî ðàáîòû íà êîìïüþòåðå. Â
óêàçàííîì íàáîðå, ïîìèìî ADXL202, ìîæåò áûòü
èñïîëüçîâàí äàò÷èê ADXL210 [3].
ÈÑÏÎËÜÇÎÂÀÍÍÛÅ ÈÑÒÎ×ÍÈÊÈ
1. Ýëåêòðîííûå êîìïîíåíòû è ñèñòåìû.� Êèåâ:
VD MAIS, 1997, ¹¹ 1�5; 1998, ¹¹ 1, 3�6; 1999,
¹¹ 1, 7, 8, 10.
2. Practical design techniques for sensor signal condi-
tioning.� Analog Devices, 1999.
3. Accelerometer products sales primer // Technical To-
pics.� Analog Devices, Spring 2000.� Vol. VI, N 2, âêëàäêà.
4. Analog Devices� Data Sheets: ADXL105, Rev. A, 1999;
ADXL190, Rev. 0, 1999; ADXL202/ADXL210, Rev.B, 1999;
ADXL150/ADXL250, Rev. 0, 1998; ADXL202E, Rev. 0, 2000.
5. Analog Dialogue (æóðíàë).� Analog Devices, 27-2
(1993), 30-4 (1996), 33-1, 33-6 (1999).
6. Ðîìàíîâ Â. Ìèêðîèçîëÿòîðû è ìèêðîðåëå íà
îñíîâå MEMS-òåõíîëîãèè // Ýëåêòðîííûå êîìïîíåí-
òû è ñèñòåìû.� Êèåâ: VD MAIS.� 2000.� ¹ 7.�
Ñ. 3�4.
7. Îõðèìåíêî Â. Ìèêðîêîíâåðòåðû � èíòåëëåêòóàëü-
íûå ÀÖÏ è ÖÀÏ // Òàì æå.� 2000.� ¹ 1.� Ñ. 9�12.
8. Ìàòâååâ À. Í. Ìåõàíèêà è òåîðèÿ îòíîñèòåëüíîñ-
òè.� Ì. : Âûñø. øê., 1986.
Ý Í Å Ð Ã Î Ô Î Ð Ó Ì
"ÓÊÐÀÈÍÀ�2001"
ÌÅÆÄÓÍÀÐÎÄÍÀß ÂÛÑÒÀÂÊÀ
"ÝÍÅÐÃÅÒÈ×ÅÑÊÀß ÁÅÇÎÏÀÑÍÎÑÒÜ ÅÂÐÎÏÛ.
ÂÇÃËßÄ Â ÕÕI ÂÅÊ"
ÌÅÆÄÓÍÀÐÎÄÍÀß ÊÎÍÔÅÐÅÍÖÈß
ÒÅÌÀÒÈ×ÅÑÊÈÅ ÂÛÑÒÀÂÊÈ
·Íåôòü è ãàç ·Óãîëü ·Ýíåðãèÿ'2001
·Íåôòåïåðåðàáàòûâàþùàÿ ïðîìûøëåííîñòü è íåôòåõèìèÿ ·Òåïëîòåõíèêà
·Ýëåêòðîòåõíèêà è ýëåêòðîíèêà ·Ýíåðãîàâòîìàòèêà è êîíòðîëü
Àäðåñ îðãàíèçàöèîííîãî êîìèòåòà: 04112, ã. Êèåâ, óë. Ãîíòû,1, îô. 58.
Òåë./ôàêñ: +38 (044) 458 3662, 458 1873.
E-mail: uez@elan-ua.net
22�
25
ÌÀß
ÓÊÐÀÈÍÀ,
ÊÈÅÂÑÊÈÉ ÄÂÎÐÅÖ
ÑÏÎÐÒÀ
â ïîðòôåëå ðåäàêöèè â ïîðòôåëå ðåäàêöèè â ïîðòôåëå ðåäàêöèè â ïîðòôåëå ðåäàêöèè â
ï
î
ð
ò
ô
å
ë
å
ð
å
ä
à
ê
ö
è
è
â ïîðòôåëå ðåäàêöèè â ïîðòôåëå ðåäàêöèè â ïîðòôåëå ðåäàêöèè â ïîðòôåëå ðåäàêöèè
â
ï
î
ð
ò
ô
å
ë
å
ð
å
ä
à
ê
ö
è
è
Ø
Ø
Íîâûå ìåòîäû îáåñïå÷åíèÿ ðàáîòîñïîñîáíîñòè áèïîëÿðíûõ ìèêðîñõåì â óñëîâèÿõ âîçäåé-
ñòâèÿ ïðîíèêàþùåé ðàäèàöèè. À. È. Áåëîóñ, Ý. Ï. Êàëîøêèí, È. Í. Êàðïîâ, Â. Í. Ïîíî-
ìàðü, À. Â. Ïðèáûëüñêèé (Áåëîðóññèÿ, ã. Ìèíñê)
Î âîçìîæíîñòè ñîçäàíèÿ íåìåññáàóýðîâñêîãî ãàììà-ëàçåðà íà îñíîâå ïðÿìîçîííûõ ïîëó-
ïðîâîäíèêîâûõ ñîåäèíåíèé. À. Ñ. Ãàðêàâåíêî (Óêðàèíà, ã. Ëüâîâ)
Èññëåäîâàíèå âûõîäíîãî øóìà îêðóãëåíèÿ òèïîâûõ ñòðóêòóð öèôðî-
âîãî ôèëüòðà âòîðîãî ïîðÿäêà ïðè èçìåíåíèè êîýôôèöèåíòîâ ïåðåäà-
òî÷íîé ôóíêöèè. Â. Ï. Ìàëàõîâ, Â. Ñ. Ñèòíèêîâ, Ï. Â. Ñòóïåíü,
Ñ. Â. Óëüÿøèí (Óêðàèíà, ã. Îäåññà)
Ôóíêöèîíàëüíûå ìèêðîýëåêòðîííûå ïðåîáðàçîâàòåëè äëÿ äèñòàíöè-
îííûõ èçìåðåíèé. ß. Þ. Ãóñåéíîâ (Àçåðáàéäæàí, ã. Ñóìãàèò)
Ø
Ø
ÂÛÑÒÀÂÊÈ. ÊÎÍÔÅÐÅÍÖÈÈ. ÑÈÌÏÎÇÈÓÌÛ.
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-70827 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 2225-5818 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-11-29T06:33:00Z |
| publishDate | 2001 |
| publisher | Інститут фізики напівпровідників імені В.Є. Лашкарьова НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Голуб, В.С. 2014-11-15T08:40:09Z 2014-11-15T08:40:09Z 2001 Датчики ускорений на базе микромеханики и микроэлектроники / В.С. Голуб // Технология и конструирование в электронной аппаратуре. — 2001. — № 1. — С. 31-34. — Бібліогр.: 8 назв. — рос. 2225-5818 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/70827 531.768 Описаны современные датчики ускорений (акселерометры), использующие новейшие принципы конструирования микромеханических и микроэлектронных приборов. Рассмотрены промышленные образцы датчиков, выпускаемых фирмой Analog Devices, приведены их параметры и даны рекомендации по их применению. Наряду с описанием датчиков, рассмотрены силы, действующие на них, и измеряемые ускорения. ru Інститут фізики напівпровідників імені В.Є. Лашкарьова НАН України Технология и конструирование в электронной аппаратуре Датчики Датчики ускорений на базе микромеханики и микроэлектроники Article published earlier |
| spellingShingle | Датчики ускорений на базе микромеханики и микроэлектроники Голуб, В.С. Датчики |
| title | Датчики ускорений на базе микромеханики и микроэлектроники |
| title_full | Датчики ускорений на базе микромеханики и микроэлектроники |
| title_fullStr | Датчики ускорений на базе микромеханики и микроэлектроники |
| title_full_unstemmed | Датчики ускорений на базе микромеханики и микроэлектроники |
| title_short | Датчики ускорений на базе микромеханики и микроэлектроники |
| title_sort | датчики ускорений на базе микромеханики и микроэлектроники |
| topic | Датчики |
| topic_facet | Датчики |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/70827 |
| work_keys_str_mv | AT golubvs datčikiuskoreniinabazemikromehanikiimikroélektroniki |