20. Поверхностные ёмкостные акселерометры: основные типы структур, преимущества и недостатки.

Поверхностные ёмкостные акселерометры относятся к категории микромеханических датчиков, которые измеряют ускорение путем изменения ёмкости между подвижными и неподвижными электродами. Они используются в мобильных устройствах, автомобилях, системах управления и других приложениях. Рассмотрим основные типы структур, преимущества и недостатки.

Основные типы структур

1. Параллельные пластины (пластинчатые конструкции)

   • Конструкция основана на изменении расстояния между неподвижной и подвижной пластинами при действии ускорения.

   • При ускорении подвижная пластина смещается, что изменяет ёмкость.

2. Гребенчатые структуры

   • Состоит из чередующихся подвижных и неподвижных зубцов (гребенок), которые образуют множество небольших ёмкостей.

   • Эта структура часто используется из-за её высокой чувствительности.

3. Диагональные или наклонные пластины

   • Разработаны для увеличения линейности выходного сигнала.

   • Ёмкость изменяется как результат изменений угла или расстояния между электродами.

4. Системы с многослойными мембранами

   • Основаны на движении мембран или подвешенных масс, которые изменяют ёмкость.

Параллельные пластины	- Простота конструкции и изготовления - Хорошая линейность в небольших диапазонах смещения.	- Ограниченная чувствительность из-за малой площади пластин. - Чувствительность к температурным изменениям
Гребенчатые структуры	- Высокая чувствительность благодаря увеличению ёмкости	- Сложность изготовления
	- Устойчивость к малым механическим отклонениям.	- Возможность короткого замыкания при сильных вибрациях или ударах.
	- Хорошая линейность сигнала на больших диапазонах перемещений.
Диагональные пластины	- Повышенная линейность выходного сигнала за счёт геометрии. - Уменьшение паразитной ёмкости, что повышает точность.	- Более сложная конструкция - Возможное снижение чувствительности при малых ускорениях.
Многослойные мембраны	- Высокая устойчивость к паразитным воздействиям (например, к боковым вибрациям).	- Сложность изготовления тк многослойные структуры.
	- Возможность работы при высоких ускорениях за счёт гибкости конструкции.	- Снижение точности при воздействии температуры или механической деформации слоя.

21. Вибрационные микрогироскопы: принцип работы, основные типы, особенности функционирования.

Вибрационные микрогироскопы — это устройства, использующие вибрации для измерения угловой скорости.

Принцип работы вибрационных микрогироскопов

Основой их работы является явление Кориолиса: при движении тела с определённой скоростью в вращающейся системе координат на него действует сила, пропорциональная угловой скорости вращения и скорости движения.

1. Вибрационная структура:

   • В гироскопе имеется колеблющийся элемент (резонатор), который может быть пластиной, мембраной, рамкой или другой микроструктурой.

   • В спокойном состоянии этот элемент совершает гармонические колебания в определённой плоскости.

2. Влияние угловой скорости:

   • При вращении устройства в пространстве сила Кориолиса вызывает отклонение вибрирующего элемента в направлении, перпендикулярном его первоначальным колебаниям.

   • Это отклонение фиксируется с помощью чувствительных датчиков, обычно емкостных или пьезоэлектрических.

3. Выходной сигнал:

   • Сила Кориолиса пропорциональна угловой скорости вращения.

   • Анализируя смещение или изменение напряжённости электромагнитного поля, гироскоп вычисляет величину и направление угловой скорости.

Особенности функционирования

1. Резонанс:

   • Работа микрогироскопов связана с резонансной частотой вибрирующего элемента.

   • Для повышения чувствительности устройства проектируются так, чтобы частота колебаний была близка к резонансной.

2. Температурные эффекты:

   • Температурные изменения могут вызывать смещение частоты резонатора и погрешности измерений.

   • Для компенсации используют встроенные термодатчики и схемы температурной стабилизации.

3. Шум и дрейф:

   • Электрический шум и механический дрейф структуры ограничивают точность.

   • Для улучшения характеристик применяют фильтрацию сигналов и алгоритмы калибровки.

4. Микрофабрикация:

   • Изготавливаются с использованием технологий МЭМС (микроэлектромеханические системы).

   • Это позволяет создать компактные, маломощные и недорогие устройства.

5. Требования к окружению:

   • Работоспособность может зависеть от условий эксплуатации, таких как вибрации, влажность и механические удары.

   • Для защиты используются герметичные корпуса.