МОДЕЛИРОВАНИЕ ДВУХОСЕВОГО МИКРОМЕХАНИЧЕСКОГО ГИРОСКОПА-АКСЕЛЕРОМЕТРА

Аннотация

Моделирование МЭМС-гироскоп-акселерометра с помощью SIMULINK. Для модели-
рования используется 2х осевой акселерометр, разработанный в рамках патента
№2683810. При возникновении линейного ускорения вдоль оси, расположенной в плоскости
полупроводниковой подложки, инерционные массы под действием сил инерции начинают
перемещаться вдоль оси Х в плоскости полупроводниковой подложки, за счет изгиба упру-
гих балок, которые одними концами жестко соединены с подвижными электродами емко-
стных преобразователей перемещений, а другими – с опорами, соответственно, упругих
балок и «П»-образных систем упругих балок, которые одними концами жестко соединены
с подвижными электродами емкостных преобразователей перемещений, а другими –
с опорами. Разность напряжений, генерируемых на емкостных преобразователях переме-
щений, образованных неподвижными электродами емкостных преобразователей переме-
щений и подвижными электродами емкостных преобразователей перемещений, соответ-
ственно, за счет изменения величины зазора между ними, характеризует величину линей-
ного ускорения. При подаче на неподвижные электроды электростатических приводов с
гребенчатыми структурами переменных напряжений, сдвинутых относительно друг друга
по фазе на 1800, относительно подвижных электродов, между ними возникает электро-
статическое взаимодействие, что приводит к возникновению противофазных колебаний
подвижных электродов в плоскости полупроводниковой подложки вдоль оси Х за счет из-
гиба упругих балок. Колебания передаются пластинами жесткости упругого подвеса
86, 87, что вызывает противофазные колебания инерционным массам в плоскости полу-
проводниковой подложки вдоль оси Y. Разность напряжений, генерируемых на емкостных
преобразователях перемещений, образованных неподвижными электродами емкостных
преобразователей перемещений и подвижными электродами емкостных преобразователей
перемещений, соответственно, за счет изменения величины зазора между ними, характе-
ризует величину перемещений инерционных масс под действием электростатических сил.
Таким образом, по сравнению с аналогичными устройствами, предлагаемый интегральный
микромеханический гироскоп-акселерометр позволяет сократить площадь подложки, ис-
пользуемую под размещение измерительных элементов величин угловой скорости и линей-
ного ускорения, так как для измерения величин линейного ускорения вдоль осей Х и Y, распо-
ложенных взаимно перпендикулярно в плоскости подложки, и оси Z, направленной перпен-
дикулярно плоскости подложки, и угловой скорости вдоль оси Х, расположенной в плоско-
сти подложки, и оси Z, направленной перпендикулярно плоскости подложки используется
только один интегральный микромеханический сенсор. Для математического моделирова-
ния подобных систем принято использовать HAMSTER, но в своей работе мы предпочли
ему SIMULINK. Simulink – это графическая среда имитационного моделирования, позво-
ляющая при помощи блок-диаграмм в виде направленных графов, строить динамические
модели, включая дискретные, непрерывные и гибридные, нелинейные и разрывные системы.
Интерактивная среда Simulink, позволяет использовать уже готовые библиотеки блоков
для моделирования электросиловых, механических и гидравлических систем, а также при-
менять развитый модельно-ориентированный подход при разработке систем управления,
средств цифровой связи и устройств реального времени. Актуальной темой для исследования представляется разработка конструкции МЭМС-акселерометра высокой точности и помехоустойчивости. Ранее было произведено математическое моделирование движения
микромеханического акселерометра, но выходной результат нуждался в корректировке.
В данной статье продемонстрирована корректировка математической модели посредст-
вом введения в нее передаточной функции.