Технология ударопрочности MEMS-гироскопа

Удар является одним из важнейших факторов, влияющих на надежность МЭМС-гироскопа . В отличие от механического вибрационного напряжения, его амплитуда ускорения очень высока, а ширина ударного импульса мала. Рабочая среда большинства устройств — гравитационное ускорение 1g, но в реальной среде применения устройство может выдерживать и более сильное механическое воздействие. Мобильный телефон случайно падает с высоты 1,2 м, и в зависимости от направления удара и поверхности удара он может испытывать ускорение 500–5000 г, ускорение, регистрируемое автомобильным акселерометром, достигает 100 г, а ускорение удара аэрокосмический огневой болт, используемый для разделения ступеней в космическом корабле, имеет массу 10000 г.

В этой статье будет проанализировано влияние удара на МЭМС-гироскоп и предложены новые результаты и методы, которые помогут МЭМС-гироскопу улучшить его ударопрочность. Ниже будут представлены распространенные неисправности, вызванные ударами, теоретическая основа конструкции защиты от ударов и конструкция конструкции защиты от ударов.

Распространенные неисправности, вызванные ударом

1. Разрушение, вызванное напряжением, вызванным ударом, превышающим предел текучести материала.

2. Статическое трение, вызванное контактом компонентов друг с другом.

3. Частицы, например частицы микронного размера, блокируют или замыкают привод гребенки.

4. Короткое замыкание из-за соприкосновения деталей с разным потенциалом.

5. Неисправность упаковки, например, зачистка интерфейса или нарушение герметичности.

Теоретические основы конструкции защиты от ударов

Чтобы реализовать ударопрочность гироскопа, необходимо улучшить ударопрочность конструкции. Общие методы проектирования защиты от ударов включают оптимизацию конструкции балки, добавление барьерной конструкции и опорной защитной конструкции. Благодаря специальной конструкции пружинной балки жесткость балки увеличена, что позволяет выдерживать высокие ударные нагрузки в разных направлениях, а гироскоп конструкции также можно использовать для противодействия сильным ударам. Двухкаскадная эластичная барьерная структура часто используется в акселерометрах MEMS для повышения их ударопрочности. Он обладает более высокой ударопрочностью, чем цилиндрическая конструкция с твердым барьером, и может выдерживать ударную силу с шириной импульса 100 мкс и максимальным ускорением 10 000 g.

Отмечается, что опорная защитная структура может улучшить ударопрочность. Хотя увеличение коэффициента жесткости конструкции может увеличить силу упругого восстановления и улучшить ударопрочность, это снизит чувствительность гироскопа. Конструкция различных барьерных структур также может улучшить ударопрочность, но во время удара барьерная структура может образовывать кремниевый шлак, что приводит к загрязнению частицами. Поэтому лучше всего увеличить опорную защитную конструкцию, чтобы изолировать передачу напряжения, уменьшить ударное напряжение конструкции и предотвратить механические столкновения между конструкциями.

Конструкция конструкции защиты от ударов

Как показано на рисунке 1, это конструкция с демпфированием вибрации второго порядка, состоящая из 8 U-образных складчатых балок, 4 больших точек крепления и 1 большого массивного блока. Конструкция также изготовлена ​​на основе кремниевых материалов.

Рис. 1. Схема модели конструкции защиты от ударов

Конструкция гироскопа закреплена на центральном блоке массы противоударной конструкции. Структура защиты от ударов обычно представляет собой кремниевую структуру или печатную плату (PCB) и т. д., а фиксированное соединение между структурой гироскопа и структурой защиты от ударов может быть реализовано посредством соединения кремний-кремний, соединение кремний-стекло или вискозное соединение, как показана на рисунке 2. Структура гироскопа основана на процессе соединения кремния и стекла (SOG), а его стеклянная подложка также скрепляется с помощью большого массивного блока ударозащитной структуры посредством анодного соединения. Конструкция защиты от ударов не влияет на собственные частотные характеристики гироскопа. Чтобы уменьшить влияние конструкции кремниевого гироскопа на характеристики движения защитной конструкции, массу можно увеличить за счет увеличения площади или толщины.

Рисунок 2. Структура МЭМС-гироскопа и схема модели соединения конструкции защиты от ударов.

Заключение​

В этой статье представлены возможные неисправности, вызванные ударами МЭМС-гироскопа, и предложена структура защиты от ударов, основанная на теории. Ударная структура позволяет гироскопу MEMS лучше противостоять ударам и повысить его надежность. ER-MG2-50/100 представляет собой высокопроизводительный МЭМС-гироскоп с северным поиском, он обладает высокой ударопрочностью, его ударная нагрузка составляет 1000 г, 1 мс в случае напряжения, 10 000 г, 1,0 мс в случае отсутствия напряжения. Его превосходные характеристики и производительность могут быть применены для определения севера, наведения, первоначальной настройки каротажных приборов, горнодобывающего/бурового оборудования, систем запуска оружия/дронов, а также могут применяться в условиях высоких температур и суровых условий.

Если вы заинтересованы в других знаниях о MEMS-гироскопе , пожалуйста, свяжитесь с нами.