Цель работы – разработка чувствительного элемента МЭМС-акселерометра, с повышенной чувствительностью на основе технологического процесса компании ЦНИИ “Электроприбор” для применения в бесплатформенной инерционно навигационной системе. Проведен анализ актуальной литературы, выбран тип чувствительного элемента акселерометра обеспечивающего высокие характеристики для применения в системах БИНС (бесплатформенная инерционная навигационная система). В результате работы разработана модель чувствительного элемента, выполненная из монокристаллического кремния. Модель имеет электростатическую электродную структуру съема, а также электродную структуру обратной связи, что является наиболее оптимальным решением для применения в системах ориентации беспилотной авиации. Для расчетов использовались средства автоматизированной разработки COMSOL Multyphysics. Получены следующие характеристики чувствительного элемента: рабочий диапазон измерения ускорений ± 15g; механическая чувствительность чувствительного элемента 0,007 мкм/g; емкостная чувствительность ЧЭ 14 фФ/g; резонансные частоты 1632,2 Гц вдоль оси x и 1522 Гц вдоль оси y; частотная полоса пропускания - 300 Гц и составляет 0,18-0,20 от резонансной частоты. Суммарная емкость электродной структуры съема равна 4,652 пФ, а максимальная электростатическая сила, создаваемая электродами обратной связи, составила 6,1864∙10^(-5)  Н.

The purpose of the work is to develop a sensitive element of a MEMS accelerometer with increased sensitivity based on the technological process of the CRI “Elektropribor” for use in an inertial navigation system. The analysis of the current literature is carried out, the type of the accelerometer sensor element providing high characteristics for use in BINC systems (free-form inertial navigation system) is selected. As a result of the work, a model of a sensing element made of monocrystalline silicon was developed. The model has an electrostatic electrode removal structure, as well as an electrode feedback structure, which is the most optimal solution for use in unmanned aircraft orientation systems. COMSOL Multiphysics automated development tools were used for calculations. The following results were obtained: the operating range of acceleration measurement is ± 15g; the mechanical sensitivity of the sensing element is 0.007 μm/g; the capacitive sensitivity is 14 fF/g; the resonant frequencies are 1632.2 Hz along the x axis and 1522 Hz along the y axis; the frequency bandwidth is 300 Hz and is 0.18-0.20 of the resonant frequency. The total capacitance of the electrode structure of the removal is equal to 4,652 pF, and the maximum electrostatic force generated by the feedback electrodes was 6,1864∙10^(-5)  N.

• ОПРЕДЕЛЕНИЯ, ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ
• ВВЕДЕНИЕ
• Глава 1. Обзор литературы
• 1.1 Классификация МЭМС-акселерометров
• 1.2 Принцип действия емкостного акселерометра
• 1.3 Выбор электродной структуры
• 1.4 Принцип работы электродной структуры
• 1.5 Выбор вида механического подвеса подвижной массы
• 1.6 Принцип работы схемы обработки
• 1.7 Цепь обратной связи в электродной структуре ММА
• 1.8 Принцип работы цепи обратной связи
• 1.9 Принцип работы ПИ контроллера
• 1.10 Выбор функционального материала
• 1.11 Выбор технологического процесса
• 1.12 Постановка задачи
• ГЛАВА 2 Построение модели двухосного МЭМС акселерометра
• 2.1 Анализ прототипа
• 2.2 Создание модели с использованием программной платформы COMSOL Multiphysics
• Глава 3 Построение чувствительного элемента и проведение расчетов
• 3.1 Выбор технологического материала
• 3.2 Проектирование подвеса
• 3.3 Проектирование электродной структуры съема
• 3.4 Проектирование компенсационной электродной структуры
• 3.5 Модель чувствительного элемента
• 3.6 Добавление сетки конечных элементов
• 3.6 Расчет рабочих характеристик чувствительного элемента
• 3.7 Расчет электродной структуры
• 3.8 Сравнение с существующими решениями
• ЗАКЛЮЧЕНИЕ
• СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ