Рис. 2.15. Примеры МЭМС, использующих пьезосопротивление и
вибрирующие элементы на диафрагмах давления. Сопротивления
RQ1H и R образуют мостовую схему.
/?отн - контрольное сопротивление; величина R
зависит от деформации. Деформация мостовой перемычки зависит от
давления на диафрагму. Резонансная частота зависит также от
температуры. Сопротивления имеют температурную
компенсацию.
Первый широко используемый
сенсор, основанный на кремниевой МЭМС, представлял собой диафрагму, на
краю которой, т.е. в области больших деформаций, размещали пьезорезисторы.
Во втором методе к измерительной диафрагме крепили механический резонатор
в форме мостовой перемычки, как показано на рис. 2.15. Изгиб диафрагмы
вызывает изменение силы натяжения перемычки и, как следствие,
изменение ее резонансной частоты. Это позволяет достичь более высокой
точности и устойчивости работы измерительного элемента по сравнению с
пьезорезисторным методом, причем технологические этапы его создания
остаются практически теми же.
Измерением резонансной частоты
вибратора (рис. 2.15) можно контролировать любой внешний параметр,
изменяющий силу растяжения перемычки, в том числе и температуру,
поскольку различие коэффициентов теплового расширения вибрирующей
перемычки и основания изменяет величину растягивающей силы. С другой
стороны, при правильном выборе материалов можно практически полностью
избавиться от температурной чувствительности датчика, что увеличивает
точность измерения других физических параметров. При помощи такой
микроструктуры можно измерять скорость струи газа, действующего на
мембрану или измерительную перемычку. Кроме того, измерения можно
проводить, нанося на перемычку химически активное покрытие, изменяющее ее
размеры или массу под действием химических реакций или
адсорбции.
На центральную область
вибрирующего чувствительного элемента можно поместить массу. В результате
сила натяжения перемычки будет зависеть от величины ускорения в
направлении, перпендикулярном плоскости перемычки (рис. 2.16).
Акселерометр может определять направление ускорения, если сделать
перемычку намного более жесткой в перпендикулярном направлении.
Акселерометр можно использовать в системе управления, создав «обратную
связь» с источником ускоряю-
