Рамочный микрооптоэлектромеханический преобразователь угловой скорости с узлами оптического считывания на основе оптического туннельного эффекта

Предложена модель рамочного микрооптоэлектромеханического преобразователя угловой скорости с электростатическим возбуждением первичных колебаний. В состав преобразователя входят узлы оптического считывания на основе оптического туннельного эффекта, в которых реализовано прецизионное оптическое считывание субмикрометровых перемещений чувствительного элемента. Экспериментально исследован узел оптического считывания и определена линейная область функции преобразования рабочего зазора в оптическую мощность. Для измерения амплитуды вторичных колебаний чувствительного элемента (несколько сотен нанометров) использовано два канала считывания оптических сигналов. Найдены значения параметров упругих подвесов для обеспечения вторичного движения чувствительного элемента в диапазоне высокой чувствительности узлов оптического считывания. Оценены параметры предложенного преобразователя и нелинейность функции преобразования в диапазоне измеряемых угловых скоростей. Предложенный микрооптоэлектромеханический преобразователь может быть эффективно использован для высокочувствительного измерения угловых скоростей подвижных объектов.

1. Косцов Э. Г. Состояние и перспективы микро- и наноэлектромеханики // Автометрия. 2009. 45, № 3. С. 3–52.

2. Song W. J., Lee J. G., Kang T., Sung W. T., Lim H. T., Kim Y. K., Design of a gimbal-structured micro gyroscope and signal processing part, Proceedings of ICCAS, 2001, pp. 1266–1269.

3. Yazdi N., Ayazi F., Najafi K., Proceedings IEEE, 1998, vol. 86, no. 8, pp. 1640–1659. https://doi.org/10.1109/5.704269

4. Chi C. Y., Chen T. L., Compensation of imperfections for vibratory gyroscope systems using state observers, Sensors & Transducers, 2009, vol. 6, pp. 128–145.

5. ВьюжанинаЕ. А., КриштопВ. В.Дисковые резонаторы для датчиков угловой скорости // Известия высших учебных заведений. Приборостроение. 2020. Т. 63. № 9. С. 823–829. https://doi.org/10.17586/0021-3454-2020-63-9-823-829

6. Xia D., Huang L., Zhao L., Sensors, 2019, no. 19, 2798. https://doi.org/10.3390/s19122798

7. Shen X., Zhao L., Xia D., Micromachines, 2019, vol. 10, no. 4, 264. https://doi.org/10.3390/mi10040264

8. Мурашкина Т. И., Бростилов С. А., Бростилова Т. Ю. Волоконно-оптический датчик давления на основе туннельного эффекта // Известия высших учебных заведений. Поволжский регион. Технические науки. 2010. № 4(16). С. 108–120.

9. Шварцбург А. Б. Туннелирование электромагнитных волн – парадоксы и перспективы // Успехи физических наук. 2007. Т. 177. № 1. С. 43–58. https://doi.org/10.3367/UFNr.0177.200701b.0043

10. Борн М., Вольф Э. Основы оптики. 2-е изд., испр.: Пер. с англ. С. Н. Бреуса и др. / Под ред. Г. П. Мотулевич. М.: Наука, 1973. 719 с.

11. Legtenberg R., Groeneveld A. W., Elwenspoek M., Journal of Micromechanics and microengineering, 1996, vol. 6, no. 3, 320. https://doi.org/10.1088/0960-1317/6/3/004

12. Бусурин В. И., Жеглов М. А., Коробков В. В., Фам А. Т. Методы расширения диапазона измерения микрооптоэлектромеханического преобразователя угловых скоростей // Измерительная техника. 2017. № 6. С. 28–32.