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" 10.24151/1561-5405-2017-22-4-386-397681.586Микро- и наносистемная техникаInfluence of Parameters of Actuators Constructions on Sensitivity of Frequency MicroaccelerometersВлияние параметров конструкции актюаторов на чувствительность частотных микроакселерометров Аунг ТхураАунг ТхураTkhuraAungAung TkhuraСимонов Борис Михайлович СимоновБорис Михайлович MikhaylovichSimonov BorisSimonov Boris MikhaylovichТимошенков Сергей ПетровичТимошенковСергей ПетровичTimoshenkovSergey P.Sergey P. TimoshenkovНациональный исследовательский университет «МИЭТ», г. Москва, Россия386397http://ivuz-e.ru/issues/4-_2017/vliyanie_parametrov_konstruktsii_aktyuatorov_na_chuvstvitelnost_chastotnykh_mikroakselerometrov/http://ivuz-e.ru/download/4_2017_1362.pdf

In microelectromechanical (MEMS) sensors the construction of a comb actuator is used for excitation of the resonator. In this article, we found a refined equation for the calculation of the electrostatic force of such an actuator. With the help of simulation in ANSYS program the effect of overlap amount between the teeth of the combs on the electrostatic force and the capacitance has been studied as well as the changes of the frequency of the resonator when it is exerted by the force. Similar studies have been implemented for a bar construction of the resonator, the usage of which, as comb design with small overlap of teeth, allows to decrease the parasitic electrostatic forces (along axes y , z ) and to increase the sensitivity of the frequency microaccelerometer due to a larger change in the frequency of the resonator oscillations when subjected to forces.

Электростатический актюатор применяется в конструкциях микромеханических акселерометров, гироскопов, вибромоторов и других приборов. Изменение величины зазора между гребенками ротора и статора разных форм влияет на электростатическую силу. В микроэлектромеханических датчиках актюатор гребенчатой конструкции используется для возбуждения колебаний резонатора. В работе получено уточненное уравнение для расчета электростатической силы актюатора гребенчатой и балочной конструкций. С помощью моделирования в программе ANSYS исследовано влияние величины перекрытия между зубцами гребенок на электростатическую силу и емкость, а также изменение частоты колебаний резонатора при воздействии силы. Аналогичные исследования выполнены для резонатора балочной конструкции. Применение как балочной, так и гребенчатой конструкции с малым перекрытием зубцов гребенок позволяет уменьшить паразитные электростатические силы (по осям y , z ) и повысить чувствительность частотного микроакселерометра за счет большего изменения частоты колебаний резонатора при воздействии силы.

актюаторы гребенчатой и балочной конструкцийрезонаторэлектростатическая силаперекрытие между гребенкамичувствительность ЛитератураМикросистемная техника. Моделирование, технология, контроль: сб. научн. трудов / Под ред. С.П. Тимошенкова. – М.: МИЭТ, 2007. – 208 с.Shai S., Inbar H., David E. An ideal MEMS parametric resonator using a tapered comb-drive, Eurosensors 2014, the XXVIII edition of the conference series, 2014 // Procedia Engineer-ing. – 2014. – Vol. 87. – P. 1481–1484.Комченков В.И., Петров В.Ф., Симонов С.Б., Терентьев А.И. Методика построе-ния роботизированных безэкипажных объектов наземного базирования // Изв. ЮФН. Тех-нические науки. – 2013. – № 3 (140). – С. 140–146.Исследование влияния эксплуатационных факторов на функциональные параметры и характеристики микроэлектромеханических устройств / С.П. Тимошенков, В.Ф. Шилов, А.Н. Бойко и др. // Оборонный комплекс – научно-техническому прогрессу России. – 2006. – № 2. – С. 7–12.Тимошенков С.П., Бойко А.Н., Симонов Б.М. Методика оценки параметров чувст-вительных элементов микроакселерометров и микрозеркал // Изв. вузов. Электроника. – 2007. – № 5. – С. 23–29.Тимошенков С.П., Бойко А.Н., Симонов Б.М. Чувствительные элементы МЭМС: технология определяет параметры // Электроника: Наука. Технология. Бизнес. – 2008. – № 1. – С. 80–82.Wenjing Y., Subrata M., Noel C.M. Optimal shape design of an electrostatic comb drive in microelectromechanical systems. // J. of Microelectrical Systems. – 1998. – Vol. 7. – No.1. – P. 16–26.Brian D., Jensen., Katsuo K., James J.A. Shaped comb fingers for tailored electrome-chanical restoring force // J. of Microelectrical Systems. – 2003. – Vol.12. – No.3. – P. 373–383.Xiao-Ping S.S. Compliant leverage mechanism design for MEMS applications. – Berke-ley. – 2001. – 246 р.Brian M., Reza G. Vertically-shaped tunable MEMS resonators // J. of Microelectrical Systems. – 2008. – Vol. 17. – No.1. – P. 85–91.Bell D.J., Lu T.J., Fleck N.A., Spearing S.M. MEMS actuators and sensors: observa-tions on their performance and selection for purpose // J. of Micromechanics and Microengineering. – 2005. – J. Micromech. Microeng. 15. – P. 183–164.Brian P.T. A survey and comparison of smart material linear actuators. – University of Michigan, 2001. – P. 1–18. – URL: http://www-personal.umich.edu/btrease/share/Trease_Actuator_Report.pdf (дата обращения: 11.01.2017).Optimizing the performance of MEMS electrostatic comb drive actuator with different flexure springs / G. Shefali, P. Tanu, N. Rakesh et al. // Proc. of the 2012 COMSOL Conference in Bangalore. – 2012. – P. 1–6.Chihchung C., Chengkuo L. Design and modeling for comb drive actuator with en-larged static displacement // Sensors and Actuators A 115. – 2004. – P. 530–539.Rana I., Shakoor., Imran R., Chughtai., Shafaat A., Bazaz., Muhammad J. H. Nu-merical simulations of MEMS comb-drive using coupled mechanical and electrostatic analyses // IEEE. – 2005. – P. 344–349.Design and implementation of a micromechanical silicon resonator accelerometer / H. Libin, Y. Hui, G. Yaung et al. // Sensor. – 2013. – Vol. 13. – P. 15785–15804.