Микромеханические системы и элементы

Оглавление

Андрей Кашкаров. Микромеханические системы и элементы

К читателю

Меры безопасности

Авторские права

Преимущество технологии МЭМС

1. Гироскопы и акселерометры

1.1. Описание и принцип действия гироскопа

1.1.1. Самый простой гироскоп

1.1.2. Виды гироскопов и практическое применение

Неконтактные гироскопы

Перспективы развития

1.2. МЭМС-гироскопы

1.2.1. Одноосевой МЭМС-датчик угловой скорости (гироскоп) с вибрирующим кремниевым кольцом

Принцип действия системы гироскопа

1.2.2. Емкостной трехосевой МЭМС-акселерометр с цифровым выходом

1.3. Технологии 3D-МЭМС

1.3.1. Преимущества технологии «3D-МЭМС»

1.3.2. Принцип действия емкостного акселерометра

Концепция гетерогенной Chip-on-MEMS-интеграции МЭМС-элементов и интегральных микросхем

1.4. Производители МЭМС-акселерометров

1.5. Перспективные разработки в области МЭМС

1.5.1. Электронный демпфер осадок

1.5.2. Простой прототип электронного демпфера осадок

Контроллер смещения несущих конструкций

2. Магниточувствительные элементы и тензорезисторы

2.1. Возможности магниточувствительных элементов

2.2. Преобразователь магнитного поля

2.2. Магниторезисторы

2.2.1. «Монолитные» магниторезисторы

Применение магниторезисторов

2.3. Датчик Виганда

2.4. Магниточувствительные и магнитоуправляемые интегральные схемы

2.4.1. Магниточувствительные интегральные схемы

2.4.2. Магниточувствительные микросхемы

Магниточувствительные ИС и микросхемы серии SS490

Магниточувствительные микросхемы AD22151

Магниточувствительные микросхемы серии HAL400

Программируемые МЧМС типа HAL800

Практика применения магниточувствительных микросхем

2.4.3. Магнитоуправляемые интегральные схемы

Магнитоуправляемые микросхемы серии К1116КП

2.5. Перспективы и тенденции развития магниточувствительных и магнитоуправляемых микросхем

2.6. Магниточувствительные датчики перемещения

2.6.1. Магнитные датчики линейного перемещения

2.6.2. Координаточувствительные магнитные датчики

2.6.3. Устройства для определения вектора магнитного поля с применением феррозондов

2.6.4. Ориентационный МЭМС-датчик угла наклона

Миниатюрный ориентационный датчик угла APS544

2.7. Тензорезисторы

2.7.1. Тензорезисторы как современное решение для разработчиков-метрологов

2.7.2. Преимущества тензорезисторов

2.7.3. Примеры практических электронных модулей для работы с тензорезисторами

2.7.4. Характеристики и особенности тензорезисторов

2.7.5. Практика применения

2.8. Полупроводниковые терморезисторы на основе синтетического монокристалла алмаза

3. Магнитоэлектронные датчики

3.1. Магнитострикционные датчики

3.1.1. Устройство и принцип работы магнитострикционных датчиков

3.1.2. Магнитострикционные датчики разных производителей

Датчики компании Megatron

Датчики компании ASM

3.1.3. Магнитострикционные датчики линейного перемещения

LTX250M-R10-LU0-X3-H1151

Принцип действия датчика LTX-R10

Принцип действия датчиков Balluff Micropulse

3.2. Энкодеры

Применение измерительных дисков с энкодерами

3.3. Ультразвуковые датчики

Общие технические характеристики

Схемы защиты

Исполнение корпуса и угол излучения ультразвуковых датчиков

3.4. Оптические датчики и световые завесы

3.4.1. Световая завеса

3.4.2. Оптические датчики: исполнение корпуса LT3 и LG5/LG10

3.4.3. Оптические датчики MINI-ARRAY TM – измерительные световые завесы

3.5. Практические конструкции магнитоэлектронных датчиков

Идеи для практического применения

Технические условия и характеристики

3.6. Миниатюрный датчик наклона и сотрясения

Варианты практического применения

3.7. Датчик детонации на основе петли Виганда

4. Устройства считывания информации и взаимосвязи с датчиками

4.1. Системы обработки данных

4.2. Интерфейсная техника

4.3. Устойчивость микромагнитоэлектронных систем к электромагнитному импульсу

Литература

Отрывок из книги

Монтировать, обслуживать и эксплуатировать устройства, рассмотренные в этой книге и рекомендуемые к повторению, могут ответственные радиолюбители. Это лица, ознакомленные со всеми предупреждениями и замечаниями по безопасности, а также эксплуатационными и монтажными процедурами, изложенными в соответствующих инструкциях по охране труда и наставлениях (руководствах) по электробезопасности:

• лица, прошедшие обучение и получившие полномочия на монтаж, обслуживание и эксплуатацию электро- и радиооборудования и микромагнитоэлектронных систем с учетом требований правил техники безопасности;

.....

Кроме перечисленных выше типов гироскопов, проводятся работы над ионными, ядерными и другими типами гироскопов. Отрадно заметить, что исследовательские разработки в этой области по состоянию на 2017 год осуществляют всего 5 стран в мире, и Россия в их числе. Созданы весьма точные гироскопические системы, повысился интерес к применению гироскопической техники в невоенной сфере. Прогресс в области высокоточной спутниковой навигации GPS сделал ненужными автономные средства навигации в тех случаях, когда сигнал со спутника может приниматься непрерывно. Система навигационных спутников третьего поколения позволяет определять координаты объектов на поверхности Земли с точностью до единиц сантиметров. При этом отпадает необходимость в использовании даже курсовых гироскопов, ибо сравнение показаний двух приемников спутниковых сигналов, установленных на расстоянии в несколько метров, к примеру, на крыльях самолета, позволяет получить информацию о повороте самолета вокруг вертикальной оси. С начала XXI века внимание инженеров-разработчиков в области гироскопии сосредоточено на поиске нетрадиционных областей применения устройств. Разведка полезных ископаемых, и предсказание землетрясений, и сверхточное измерение положений железнодорожных путей и нефтепроводов, медицинская техника и многое другое.

Если гироскоп подвергается воздействию угловой скорости, то на кольцо действуют силы Кориолиса: по касательной к периметру кольца относительно главных осей. Эти силы деформируют кольцо, что вызывает радиальное движение вторичных снимающих преобразователей. Данное движение, определяемое на вторичных снимающих преобразователях, пропорционально прилагаемой угловой скорости. При этом двухполосный сжатый передающий сигнал демодулируется с учетом основного движения. В итоге получается низкочастотный компонент, который пропорционален угловой скорости.

.....