Инерциальные МЭМС-датчики

Александр Маргелов
Новости электроники 5, 2007

Емкостные инерциальные датчики ускорения обладают самой высокой точностью измерения и наилучшими потребительскими характеристиками по сравнению с механическими и пьезоэлектрическими аналогами. Сфера их применения включает промышленную электронику, автомобильную электронику, охранные системы, медицинское оборудование. Статья знакомит с принципом действия и достоинствами современных МЭМС-акселерометров компании Freescale Semiconductor.

Устройство и характеристики
Акселерометры имеют достаточно давнюю историю развития, и наиболее естественной идеей является построение акселерометров на механических принципах. Инерциальная масса смещается под действием ускорения и воздействует на тензодатчик. Такие устройства достаточно объемны, имеют низкую воспроизводимость, плохую устойчивость к ударным воздействиям и малую долговечность, что характерно для чисто механических устройств. Значительно лучшими параметрами обладают пьезоэлектрические датчики ускорения, в которых физическая деформация кристаллической структуры приводит к изменению ее проводимости. Однако наилучшими характеристиками обладают емкостные полупроводниковые датчки, в которых параллельно движущиеся пластины образуют переменный конденсатор. Преимущества датчиков такого типа, в которых сочетаются достоинства интегральной технологии и емкостного метода измерения.

Три пластины образуют последовательное соединение двух конденсаторов. При этом две крайние жестко закреплены, а центральная может смещаться под действием инерциальных сил. Изменение расстояния между пластинами приводит к изменению емкости обоих конденсаторов. Благодаря многолетнему опыту в разработке, производстве и совершенствова-нии МЭМС-устройств, компании Freescale Semiconductor удалось осуществить такую микромеханическую систему в едином кристалле. Ее конструкция, под названием G-Cell, приведена на рисунке 2. Она включает в себя четыре пластины из поликристаллического кремния, три из которых образуют обкладки конденсаторов, а четвертая используется для реализации функции самотестирования.

Читать далее статью в полном обьеме (pdf)

 

Упрощенная схема двухосевого датчика ускорения Freescale Semiconductor и Типовая форма импульса на выходе инерциального датчика при ударном воздействии