Мікросістемотехніка (MEMS)
Введення
микросистемность датчик мікромеханічних
Метою даної роботи є кратне розгляд основних принципів роботи, загальних відомостей, технічних характеристик MEMS-сенсорів і актуаторов. У даній роботі розглянуті принципи роботи та особливості мікромеханічних систем.
Додатковим завданням до даної роботи є: обов'язковий переклад тексту роботи не менше 1000 символів та надання інформації по бажаного місця роботи.
1. Основні поняття та визначення. Класифікація датчиків
1.1 Основні поняття та визначення
Мікроелектромеханічні системи, МEМS - пристрої, що поєднують в собі мікроелектронні і мікромеханічні компоненти. Зазвичай MEMS ділять на два типи:
сенсори - вимірювальні пристрої, які переводять ті чи інші фізичні дії в електричний сигнал, і актуатори (виконавчі пристрої) -
системи, які займаються зворотної завданням, тобто перекладом сигналів в ті чи інші дії. Дані системи виходять шляхом комбінування механічних елементів, датчиків і електроніки на загальному кремнієвому підставі допомогою технологій мікропроізводства. Всі елементи можуть бути реалізовані у вигляді єдиного виробу, причому відразу десятками чи сотнями, як мікросхеми на кремнієвій пластині.
1.2 Огляд і принципи роботи мікромеханічних систем
Як було сказано вище, MEMS поділяють на два типи: сенсори і актуатори. Одним з найбільш використовуваних видів сенсорів є датчики руху , які в свою чергу діляться на акселерометри (датчики прискорення) і гіроскопи (датчики повороту). Застосування даних пристроїв на сьогоднішній день дуже широко: телефони, комунікатори, ігрові приставки, фотокамери та ноутбуки все частіше і частіше забезпечуються подібними сенсорами. У мобільних телефонах і відеоприставку чутливість до рухів користувача використовується в основному для розваги. А ось в портативних комп'ютерах акселерометри виконують дуже навіть корисну функцію: вловлюють момент, коли жорсткий диск може піддатися пошкодження через удар і паркують головки диска. У фототехніку використання датчиків руху не менш актуально - саме на їх основі працюють чесні системи стабілізації зображення.
Втім, міркувати про те, що в реальності корисніший - активні ігри на Wii, функція автоматичного повороту картинки на iPhone, захист вінчестера або можливість знімати фотографії без змазування - справа невдячна. Покупцям подобається і те, і друге, і третє, і четверте. Тому виробники останнім часом намагаються якомога більш щільно використовувати датчики руху.
Можливостей у них для цього більш ніж достатньо: автовиробники (з масових індустрій вони першими випробували даного роду пристрої) вже кілька десятиліть активно експлуатують датчики руху, наприклад, в подушках безпеки і антиблокувальною системою гальм [1].
Так що відповідні чіпи давно розроблені, випускаються цілою низкою великих і порівняно дрібних компаній і виробляються в таких кількостях, що ціни давно і надійно збиті до мінімуму. Типовий MEMS-акселерометр сьогодні обходиться в кілька доларів за штуку.
На сьогоднішній день найбільш популярні датчики руху, засновані на конденсаторному принципі. Рухома частина системи - класичний грузик на підвісах.
При наявності прискорення грузик зміщується щодо нерухомої частини акселерометра. Обкладання конденсатора, прикріплена до грузик, зміщується щодо обкладки на нерухомої частини. Ємність змінюється, при незмінному заряді змінюється напруга - це зміна можна виміряти і розрахувати зміщення грузика.
Звідки, знаючи його масу і параметри підвісу, легко знайти і шукане прискорення. На Малюнку 1.1. представлена ??схема принципу роботи датчика.
Малюнок 1.1.- Основний принцип роботи конденсаторних акселерометрів
На практиці, MEMS-акселерометри влаштовані таким чином, що відокремити один від одного складові частини - грузик, підвіс, корпус і обкладки конденсатора - не так-то просто. Власне, витонченість MEMS в тому і полягає, що в більшості випадків в одній деталі тут вдається (а вірніше, просто доводиться) комбінувати відразу декілька предметів.
Малюнок 1.2.- Фотографія акселерометра під збільшенням
Найчастіше, сучасні MEMS-гіроскопи влаштовані...
