Методика расчета емкостного интерфейса микромеханического акселерометра

дипломная работа

4.2.2 Функциональные ограничения

В разделе 3.3, был произведен расчет параметров, необходимых, для определения рабочих характеристик акселерометра.

Чтобы спроектировать работоспособное устройство, этим спецификациям должны соответствовать реальные значения, которые ограничены функциональными ограничениями, приведенными в Таблице 4.3.

Порог чувствительности, максимальный шум, минимальная амплитуда и максимальная поперечная чувствительность определены проектными нормами. Ширина полосы пропускания может выбираться из полосы механической части без обратной связи или полосы пропускания при использовании обратной связи.

Таблица 4.3 Функциональные ограничения

Описание ограничения

Выражение

Мин.

Макс.

Чувствительность

S = Vo/ain

Sspec

1000 мВ/g

Шум(порог чувствительности)

amin

0.0 mg

amin, spec

Диапазон (макс. обнаруж. ускорение)

amax

amax, spec

104 g

Чувствительность поперечной оси

Scr

0.0

Scr,spec

Полоса пропускания

w-3dB

w-3дБ, spec

105 Hz

Смягчение пружины

kx,elec/kx,mech

0

0.9

Сила самопроверки

test_force/(mx*range*9.8)

0.2

103

Разделение режимов

fx/fy, fx/fq

0

1/3

Вспучивание упругой балки

Lb/Lcr

0

1/2

Как говорилось ранее, разность потенциалов, Vm приведёт к появлению Кулоновской силы Fx,elec. Эта сила действует в направлении противоположном упругой силы в упругом элементе, Fx,mech. Когда эта сила больше или равна

Fx, mech, чувствительные зубцы гребенки могут стопориться при очень малом входном ускорении или даже без него. Для того, чтобы этого не происходило мы должны ограничить Fe <0.9Fmech. Другое ограничение введено, для возможности генерировать достаточную для самопроверки электростатическую силу. В нашем проекте, мы обеспечим генерацию силы эквивалентной 20 % от максимального обнаруживаемого ускорения.

В процессе изготовления акселерометра, осаждение конструкционного материала - поликристаллического кремния вызывает сжимающее или растягивающее напряжение в слое. Напряжение, возникающее в упругом элементе, может привести к разрыву под действием растягивающей силы или к вспучиванию при сжатии.

В случае U-пружины, упругие элементы могут свободно выгибаться наружу тем самым, избавляясь от остаточного осевого напряжения. Но перемещение чувствительного элемента создаёт дополнительные осевые напряжения во внутренней (балка 2) и во внешней (балка 1) балках.

Критическое значение параметра, Lcr определяется по формуле Эйлера:

где t - минимальная ширина и толщина балки, lb деформация чувствительного элемента, вычисляемая по формуле:

lb ?= Wpm?rE,

где ?r - разность и E, - Модуль Юнга.

Для защиты от выгибания, вводится ограничение 2Lb <Lcr.

Делись добром ;)