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" 10.24151/1561-5405-2022-27-1-68-79531.768-181.48Study of the functioning of the sensitive element of a micromechanical capacitive accelerometer with a sandwich structure under the conditions of parasitic influences along non-working axes and random vibrationИсследование функционирования чувствительного элемента микромеханического акселерометра сэндвич-конструкции емкостного типа в условиях паразитных воздействий по нерабочим осям и случайной вибрации Йе Ко Ко АунгЙе Ко Ко АунгKoYe KoYe Ko KoСимонов Борис Михайлович СимоновБорис Михайлович MikhaylovichSimonov BorisSimonov Boris MikhaylovichТимошенков Сергей ПетровичТимошенковСергей ПетровичTimoshenkovSergey P.Sergey P. TimoshenkovНациональный исследовательский университет «МИЭТ», г. Москва, Россия6879http://ivuz-e.ru/issues/1-_2022/issledovanie_funktsionirovaniya_chuvstvitelnogo_elementa_mikromekhanicheskogo_akselerometra_sendvich/

Various types of parasitic influences must be considered at the stage of designing sensitive element of a micromechanical capacitive accelerometer (MMA) and the whole MMA construction, and throughout its lifecycle stages, to ensure consistent performance and parameter stability of MMA. Due regard to actual operating conditions is a primary consideration for designers. In this work, the influence of random vibration on the functioning of a 2-electrode sensitive element of an MMA with a sandwich construction using the principle of operation based on a change in the relative dielectric constant of a capacitor dielectric under acceleration was investigated. In the structure of the investigated sensitive element with one axis of sensitivity, the inertial mass is suspended on folded springs and is located between two fixed electrodes. Using the Ansys program, the deformations of the inertial mass of the sensitive element and the change in the capacity in the sensitive element were calculated, which occur when it is exposed to acceleration up to 5 g along the working axis and up to 50 g along the non-working axes and random vibration along the working axis X and along the non-working axes Y and Z . The random vibration affecting the sensitive element had a profile, the frequency of which was 20 Hz at 0.01 g / Hz, the frequency from 80 to 350 Hz at 0.04 g / Hz, 2000 Hz at 0.01 g / Hz. The changes in the capacity in the sensitive element of MMA under the influence of random vibration on it were calculated. Results have been obtained that confirm the performance of the sensitive element of MMA under conditions of significant impacts along non-working axes. The investigated sensitive element model requires further refinement to be used under conditions of exposure to random vibration.

Для обеспечения надежной работы и стабильности параметров микромеханических акселерометров (ММА) необходимо учитывать различные виды паразитных воздействий на этапе проектирования структуры чувствительного элемента (ЧЭ) и конструкции датчика в целом, а также на этапах их жизненного цикла. Учет реальных условий эксплуатации датчиков является одной из основных проблем разработчиков. В работе исследовано влияние случайной вибрации на функционирование двухэлектродного ЧЭ ММА сэндвич-конструкции емкостного типа, принцип работы которого основан на изменении относительной диэлектрической проницаемости диэлектрика конденсатора при воздействии ускорения. В рассматриваемом ЧЭ ММА с одной осью чувствительности инерционная масса подвешена на складчатых пружинах и находится между двумя фиксированными электродами. С использованием программы Ansys рассчитаны деформации инерционной массы и изменения емкости в ЧЭ ММА, возникающие при воздействии на него ускорения до 5 g по рабочей оси и до 50 g по нерабочим осям, а также случайной вибрации по рабочей оси Х и по нерабочим осям Y и Z . Воздействующая на ЧЭ ММА случайная вибрация имеет профиль, частота которого составляет 20 Гц при 0,01 g /Гц, от 80 до 350 Гц при 0,04 g /Гц, 2000 Гц при 0,01 g /Гц. Рассчитаны изменения емкости в ЧЭ ММА в условиях воздействия на него случайной вибрации. Полученные результаты подтверждают работоспособность ЧЭ ММА в условиях значительных воздействий по нерабочим осям. Для использования в условиях воздействия случайной вибрации исследованная модель ЧЭ ММА требует дальнейшей доработки.

чувствительный элементмикромеханический акселерометрслучайная вибрацияостаточное механическое напряжение MEMS reliability in shock environments / D. M. Tanner, J. A. Walraven, K. Helgesen et al. // 2000 IEEE International Reliability Physics Symposium Proceedings. 38th Annual. San Jose, CA: IEEE, 2000. P. 129–138. doi: https://doi.org/10.1109/RELPHY.2000.843903MEMS reliability in vibration environments / D. M. Tanner, J. A. Walraven, K. S. Helgesen et al. // 2000 IEEE International Reliability Physics Symposium Proceedings. 38th Annual. San Jose, CA: IEEE, 2000. P. 139–145. doi: https://doi.org/10.1109/RELPHY.2000.843904Влияние внешней воздействующей вибрации на микроэлектромеханические систе-мы-акселерометры / А. С. Афанасьев, В. М. Полушкин, В. А. Соболев и др. // Лесной вестник. Forestry Bulletin. 2019. Т. 23. № 5. С. 138–141. doi: https://doi.org/10.18698/2542-1468-2019-5-138-143Полушкин В. М., Сиряченко Н. А. Вопросы контроля функциональных параметров микроэлектромеханических преобразователей параметров движения // Научно-технический сборник. Мытищи: 22 ЦНИИ МО РФ, 2008. № 60. С. 23–28.Liang Z., Lee G. C. Random vibration: Mechanical, structural, and earthquake engineer-ing applications. Boca Raton, FL; London; New York: CRC Press, 2015. XXVIII, 630 p.Йе Ко Ко Аунг, Аунг Тхура, Симонов Б. М., Тимошенков С. П. Параметры чувст-вительного элемента сэндвич-конструкции емкостного микромеханического акселерометра // Изв. вузов. Электроника. 2019. Т. 24. № 3. С. 257–266. doi: https://doi.org/10.24151/1561-5405-2019-24-3-257-266Aung Thura, Simonov B. M. Influence of random vibration on MEMS capacitive accele-rometer // 2018 IEEE Conference of Russian Young Researchers in Electrical and Electronic Engineering. Moscow: IEEE, 2018. P. 1595–1598. doi: https://doi.org/10.1109/EIConRus.2018.8317405Вавилов В. Д., Тимошенков С. П., Тимошенков А. С. Микросистемные датчики физических величин: монография: в 2 ч. М.: Техносфера, 2018. 549 с.