86242 Obraz9

70

Czujniki przyspieszenia i drgań Mikromechaniczne czujniki przyspieszenia, produkowane masowo

Rysunek 1

1    - górna płytka krzemowa

2    - środkowa płytka krzemowa (masa drgająca)

3    - tlenek krzemu

4    - dolna płytka krzemowa

5    - podłoże szklane a - przyspieszenie w kierunku próbkowania

C., - kondensator

M

pomiarowy

Charakterystyka hallotronowego czujnika przyspieszenia (przykład)

Przyspieszenie a    ^

Z)

Budowa

W hallotronowych czujnikach przyspieszenia stosuje się układy ze sprężyście zamocowanym bezwładnikiem (układy masa-sprę-żyna - rys. 1 i 2).

Układ taki składa się np. z zamocowanej trwale jednym końcem sprężystej taśmy (3) ustawionej na „sztorc”. Do swobodnego końca taśmy przytwierdzony jest magnes stały (2) stanowiący masę drgającą (bez-władnik). Nad magnesem znajduje się właściwy przetwornik Halla (1) z elektronicznym układem obróbki sygnału. Pod magnesem występuje mała płytka tłumika prądów wirowych (4) wykonana z miedzi.

Działanie

Gdy na czujnik oddziaływuje przyspieszenie w kierunku prostopadłym do sprężyny, zmienia się położenie równowagi układu masa--sprężyna. Wychylenie bezwładnika jest miarą przyspieszenia. Strumień magnetyczny F ruchomego magnesu wytwarza w przetworniku Halla napięcie U_H . Wyprowadzane stąd przez układ elektroniczny napięcie wyjściowe rośnie liniowo wraz z przyspieszeniem (rys. 3, zakres pomiarowy ok.

Czujnik jest dostrojony na małą szerokość pasma częstotliwości, rzędu kilku Hz i jest wytłumiony elektrodynamicznie.

*> Powszechnie używa się jako miary przyspieszenia krotność przyspieszenia ziemskiego g (przyp.tłum.).

Mikromechaniczne czujniki przyspieszenia, produkowane masowo

Zastosowanie

Mikromechaniczne krzemowe, produkowane masowo (niem. Bulktechnik) czujniki przyspieszenia w układach ochrony pasażerów mierzą wartość przyspieszenia przy bocznych lub czołowych zderzeniach i powodują aktywację napinaczy pasów bezpieczeństwa, poduszek gazowych i pałąków ochronnych.

Budowa i działanie

Niezbędne elementy (układy masa-spręży-na) czujników są wytwarzane z pełnych płytek przy zastosowaniu anizotropowej i selektywnej techniki wytrawiania (masowa mikrotechnika krzemowa), a elementy sprężyn ujące są wykonane techniką przewężania. Aby osiągnąć dużą dokładność pomiaru wychylenia (małe błędy) stosuje się przetwarzanie pojemnościowe. Płytki (1,4) krzemowe lub szklane z przeciwełektrodami mają budowę trójwarstwową.

Są one umieszczone nad i pod sprężyście zamocowaną masą (rys. 1, poz. 2). Służą one również jako ochrona przed przeciążeniami. Takie rozmieszczenie płytek odpowiada szeregowemu połączeniu dwóch kondensatorów różnicowych Cj ₂ i C,_₄ (pojemność tej struktury wynosi 10...20 pF). Na ich przyłączach powstają przeciwne fazowo prądy zmienne, których wypadkowa jest przetwa-

Krzemowy czujnik przyspieszenia z przetwarzaniem pojemnościowym (schemat) wytwarzany techniką o skali masowej