1561-5405 10.24151/1561-5405 Proceedings of Universities. Electronics Scientifical and technical journal "Proceedings of Universities. Electronics" Научно-технический журнал «Известия высших учебных заведений. Электроника» 1561-5405 2587-9960 National Research University of Electronic Technology Национальный исследовательский университет "Московский институт электронной техники" 10.24151/1561-5405-2018-23-3-268-276621.586Микро- и наносистемная техникаStudy on Influence of Temperature on Operation of Resonator of Frequency Micromechanical AccelerometerИсследование влияния температуры на работу резонатора частотного микромеханического акселерометраСимонов Борис МихайловичСимоновБорис МихайловичSimonovBoris M.Boris M. SimonovТимошенков Сергей ПетровичТимошенковСергей ПетровичTimoshenkovSergey P.Sergey P. TimoshenkovNational Research University of Electronic Technology, Moscow, Russia268276http://ivuz-e.ru/en/issues/3-_2018/issledovanie_vliyaniya_temperatury_na_rabotu_rezonatora_chastotnogo_mikromekhanicheskogo_akseleromet/http://ivuz-e.ru/en/download/3_2018_2214_en.pdf

The frequency micromechanical accelerometer (MMA) measures the acceleration, based on a change of the resonator frequency, when the acceleration is caused by the displacement of the inertial mass. Its sensitivity can be influenced by such factors as vibration noise, temperature, etc. In this study using the calculation and modeling in the ANSYS program the influence of the temperature on the natural oscillation frequency of resonators of various designs has been studied. It has been shown that in a number of studied designs of the frequency MMA resonators the frequency change ∆ f , caused by the temperature increase, is comparable and even exceeds a change of the frequency due to the acceleration effect. It has been determined that the known designs of the resonators, operating based on the oscillations of a two-fixed beam, do not ensure the stability of the oscillations natural frequency with the temperature change. The frequency, due to the temperature increase, of the resonators, working on the cantilever beam base, practically does not change. The best result from the point of view of the temperature stability has been shown by the resonator in the form of a cantilever beam with the beam resonator inside it, for which change ∆ f with an increase of temperature up to 70 °C. The study of the basic MMA construction, consisting of an inertial mass with a resonator made in the form of a cantilever beam with a beam resonator inside it has shown that the invariance of the natural oscillation frequency of this construction when the temperature increases up to 70 °C.

Частотный микромеханический акселерометр (ММА) используется для измерения ускорения на основе изменения частоты резонатора, которое возникает при воздействии ускорения в результате смещения инерционной массы. На его чувствительность могут влиять вибрационные шумы, температура и т.д. В работе с помощью расчета и моделирования в программе ANSYS исследовано влияние температуры на собственную частоту колебаний резонаторов частотных ММА различных конструкций. Показано, что в ряде конструкций резонаторов частотных ММА изменение частоты колебания ∆ f , вызванное повышением температуры, сопоставимо и даже превышает изменение частоты колебаний в результате воздействия ускорения. Установлено, что известные конструкции резонаторов, работающих на основе колебаний двухфиксированной балки, не обеспечивают стабильность собственной частоты колебаний при изменении температуры. У резонаторов, работающих на основе колебания консольной балки, частота практически не изменяется при повышении температуры. Наилучший результат с точки зрения температурной стабильности показал резонатор в виде консольной балки с балочным резонатором внутри нее, для которого изменение ∆ f  при повышении температуры до 70 °С составило всего 4 Гц. Исследование основного конструктива ММА, состоящего из инерционной массы с резонатором, выполненным в виде консольной балки с балочным резонатором внутри нее, показало неизменность собственной частоты колебаний этого конструктива при повышении температуры до 70 °С. При этом чувствительность составляла 130 Гц/g и не зависела от температуры.

 Аунг Тхура, Симонов Б.М., Тимошенков С.П. Влияние параметров конструкции актюаторов на чувствительность частотных микроакселерометров // Изв. вузов. Электроника. – 2017. – Т. 22. – №4. – P. 386–397.Novel resonant accelerometer with micro leverage fabricated by MEMS technology / He Gaofa, Tang Yike, Zhou Chuande et al. // Chinese Journal of Mechanical Engineering. – 2011. – Vol. 24. – №3. – P. 1–6.Xiao-Ping, Su S., Henry S. Yang. Design of compliant microleverage mechanisms // Sensors and Acutators A 87. – 2001. – P. 146–156.A vacuum packaged surface micromachined resonant accelerometer / Ashwin A. Seshia, Trey A. Roessig, Roger T. Howe et al. // Journal of Microelectromechanical Systems. – 2002. – Vol. 11. – No. 6. – P. 784–793.Design and implementation of a micromechanical silicon resonator accelerometer / H. Libin, Y. Hui, G. Yaung et al. // Sensor. – 2013. – P. 15785–15804.A resonant microaccelerometer with high sensivity operating in an oscillating circuit / C. Claudia, C. Alberto, L. Giacomo et al. // Journal of Microelectromechanical Systems. – 2010. – Vol. 19. – №5. – P. 1140–1152.Bramhahand V. Patil, Milind S. Ramgir. Study of structural steel members under thermal loading // International Journal of Science, Engineering and Technology Research (IJSETR). – 2016. – Vol. 5. – P. 2278–7798.