Двухрежимный дизайн: новый стандарт точности MEMS-акселерометров

Исследовательская группа под руководством профессора Цзоу Сюйдуна из Института аэрокосмической информационной безопасности Китайской академии наук (AIRCAS) представила инновационное решение, способное преодолеть два давних вызова в области резонансных акселерометров на базе микроэлектромеханических систем (MEMS): температурный дрейф и измерительные «мертвые зоны».

Путем внедрения двухрежимной схемы работы, которая эффективно разделяет рабочие частоты дифференциальных лучей, команде удалось добиться значительного улучшения точности и производительности датчика. Результаты их работы были недавно опубликованы в журнале Microsystems & Nanoengineering.

Исследование показало, что возбуждение одного луча в его первом резонансном режиме, в то время как другой работает во втором резонансном режиме, способствует улучшенной температурной компенсации и смягчает эффект модальной локализации, который обычно приводит к появлению измерительных «мертвых зон». Двухрежимная конструкция также сохраняет геометрическую симметрию лучей, что имеет решающее значение для минимизации ошибок, вызванных температурой, и поддержания стабильной работы датчика.

Экспериментальные данные подтверждают эффективность предложенного решения: двухрежимный метод снижает температурный дрейф более чем в 280 раз по сравнению с традиционными подходами. В частности, после дифференциальной компенсации температурный дрейф был уменьшен с примерно 342 мг до 1,19 мг. Кроме того, анализ Аллан-отклонения и спектральной плотности мощности (PSD) выявил заметное снижение низкочастотного шума, что повышает точность и долгосрочную стабильность акселерометра.

Более того, конструкция устраняет перекрытие частот между двумя дифференциальными лучами, решая проблему «мертвой зоны», которая часто возникает, когда рабочие частоты лучей пересекаются.

Исследователи подчеркивают, что эта двухрежимная техника представляет собой экономически эффективный способ повышения производительности MEMS-акселерометров, что делает ее ценным решением для таких областей применения, как инерциальная навигация и мониторинг вибраций.