В вибрационной МЭМС-системе нередко возникает проблема изменения параметров миниатюрных структур из-за температурной чувстви-тельности и усталости микроэлементов. В результате изменяется собственная частота системы. В вибрационных устройствах, например в МЭМС-гироскопах, резонанс определяет эффективность работы, диапазон измерения и масштабный коэффициент устройства. В работе исследованы причины, вызывающие изменения частотных характеристик и собственных частот вибрационной структуры, что имеет большое значение при анализе технических характеристик МЭМС-устройства. Проведен анализ частотных характеристик вибрационного многокомпонентного МЭМС-гироскопа. Представлена математическая модель определения смещения резонансной частоты и построена система с фазовой синхронизацией для отслеживания собственной частоты канала первичных колебаний. Разработан метод отслеживания и поддержания резонанса в канале первичных колебаний с использованием системы фазовой автоподстройки частоты. Резонансная частота канала первичных колебаний, полученная в результате эксперимента, соответствует теоретическому анализу и составляет 12,52 кГц с максимальной амплитудой колебаний 520 мВ.
Ло Ван Хао
Национальный исследовательский Томский политехнический университет, г. Томск, Россия
1. Sun X., Horowitz R., Komvopoulos K. Stability and resolution analysis of a phase-locked loop natural frequency tracking system for MEMS fatigue testing // J. of Dynamic Systems, Meas-urement, and Control. – 2002. – Vol. 124. – P. 599–605.
2. Ло Ван Хао, Нестеренко Т.Г. Анализ эффекта паразитной емкости в режиме движения микроэлектромеханическогогироскопа // Изв. ЮФУ. Технические науки. – 2018. – № 2 (196). – С. 54–67.
3. Лысенко И.Е. Проектирование сенсорных и актюаторных элементов микросистемной техники: учеб. для вузов. – Таганрог: ТРТУ, 2005. – 103 c.
4. Mikko Saukoski. System and circuit design for a capacitive MEMS gyroscope // Dr. Eng. Sci. diss. – 2008. – P. 68–73.
5. Alexander A.T., Andrei M.S. Capacitive detection in resonant MEMS with arbitrary ampli-tude of motion // J. Micromech. Microeng. – 2007. – Vol. 17. – P. 1583–1592.
6. Барбин Е.С. Динамика многокомпонентного микромеханического гироскопа-акселерометра с развязывающими рамками: дис. ... канд. тех. наук. – Томск, 2016. – C. 111–116.
7. Electrical coupling suppression and transient response improvement for a microgyroscope using ascending frequency drive with a 2-DOF PID controller / J Cui, Z.Y. Guo, Z.C. Yang et al. // J. Micromech. Microeng. – 2011. – Vol. 21. – 11 р.
8. Дубков А.А., Агудов Н.В. Преобразование Лапласа: учеб. для вузов. – Н. Новгород: Ни-жегородский госуниверситет; 2016. – 36 с.
9. Cenk Acar, Andrei M.S. MEMS vibratory gyroscopes structural approaches to improve ro-bustness // MEMS Reference Shelf. Library of Congress Control Number: 2008932165, 2009. – 262 p.
10. Cenk Acar, Andrei M.S. Structurally decoupled micromachined gyroscopes with post-release capacitance enhancement // J. Micromech. Microeng. – 2005. – Vol. 15. – P. 1092–1101.
11. Said EmreAlper, Tayfun Akin. An automatically mode-matched MEMSgyroscope with wide and tunable bandwidth // J. Micromech. systems. – 2014. – Vol. 23.– P. 285–296.
12. W. Merlijnvan Spengen, Tjerk H. Oosterkamp. A sensitive electronic capacitance meas-urement system to measure the comb drive motion of surface micromachined MEMS devices // J. Micromech. Microeng. – 2007. – Vol. 17. – P. 828–834.
13. Said EmreAlper. An automatically mode-matched MEMSgyroscope with wide and tunable bandwidth: Dis. Doct. Philosophy in electrical and electronics engineering. – 2005. – 301p.
14. Dunzhu Xia, Shuling Chen, Shourong Wang. Development of a prototype miniature silicon microgyroscope // J. Sensors.– 2009.– Vol. 9.– P. 4587–4605.
15. 74HC/HCT4046A Phase-locked-loop with VCO // Datasheet. – 1997. – 34 p.
16. Хоровиц П., Хилл У. Искусство схемотехники: учеб. пособие. – 4-е изд. – М.: Мир, 1993. – 371 с.