Моделирование влияния термодеформации кварцевого чувствительного элемента на нулевой сигнал акселерометра типа Q-flex
https://doi.org/10.17285/0869-7035.0085
Аннотация
В работе с использованием моделирования исследована термодеформация кварцевого чувствительного элемента (ЧЭ) акселерометра Q-flex с различными технологическими отклонениями геометрии упругих перемычек с токоподводами в эксплуатационном диапазоне температур. Показано, что наибольший изгибающий момент в ЧЭ возникает при разнотолщинности и разноширинности токоподводов с лицевой и обратной сторон упругой перемычки. Разработан метод моделирования статических термоиспытаний с возможностью оценки изменения нулевого сигнала акселерометра с учетом несовершенств геометрии упругих перемычек ЧЭ. Выявлено, что температурный гистерезис и невозврат нулевого сигнала акселерометра связан с пластическими деформациями токоподводов вблизи предельных температурных нагрузок. Создана модификация ЧЭ со свободновисящими токоподводами, позволяющая, согласно результатам моделирования, достичь существенно меньших значений температурного коэффициента, гистерезиса и невозврата нулевого сигнала.
Об авторах
Е. С. БарбинРоссия
Барбин Евгений Сергеевич. Кандидат технических наук, старший научный сотрудник; Томск
Д. В. Козлов
Россия
Козлов Дмитрий Владимирович. Кандидат технических наук, ведущий научный сотрудникМосква
С. Ф. Коновалов
Россия
Коновалов Сергей Феодосьевич. Доктор технических наук, профессор. Действительный член международной общественной организации «Академия навигации и управления движением».Москва
Ю. А. Пономарёв
Россия
Пономарёв Юрий Анатольевич. Кандидат технических наук, доцент. Член секции молодых ученых международной общественной организации «Академия навигации и управления движением».
М. С. Харламов
Россия
Харламов Максим Сергеевич. Инженер-исследователь
Список литературы
1. Pat. US3702073 (A), G01P15/13, Accelerometer / Earl D. Jacobs; Sundstrand Data Control Inc. 07.11.1972, p. 8/
2. Jing-Min Gao et al., Temperature characteristics and error compensation for quartz flexible accelerometer, International Journal of Automation and Computing, 2015, 12(5), 540–550, doi: 10.1007/s11633015-0899-5.
3. Минкин А.М. Технологические основы формообразования чувствительного элемента из кварцевого стекла методом химического травления через текстурированное молибденовое покрытие: дис. … канд. техн. наук: Пермский национальный исследовательский политехнический университет. Пермь, 2020. 116 с.
4. Weibin Yang et al., A temperature compensation model for low cost quartz accelerometer and its application in tilt sensing, Mathematical problems and engineering, volume 2016, article ID 2950376, 10 p., http://dx.doi.org/10.1155/2016/2950376.
5. Birleanu, C. et al., Temperature effect on the mechanical properties of gold nano films with different thickness, IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering, 2016, 147, 012021, doi:10.1088/1757899X/147/1/012021.
6. Hodge, Th.C. et al., Stress in thin film metallization, IEEE transactions on components, packaging and manufacturing technology – part A, 1997, vol. 20, no. 2, pp. 241–250.
7. Nastaran Ghazi Esfahani. Investigation of plastic strain recovery and creep in thin film nanocrystalline metals, Submitted in partial fulfillment of the requirements for the degree of Doctor of Philosophy in the Graduate School of Arts and Sciences Columbia university, 2014, 119 p.
8. Chang-Wook Beak et al., Mechanical characterization of gold thin films based on strip bending and nanoindentation test for MEMS/NEMS application, Sensors and Materials, 2005, vol. 17, no. 5, pp. 277– 288.
9. Pamato, M.G. et al., The thermal expansion of gold: point defect concentrations and pre-melting in face-centered cubic metal, J. Appl. Cryst., 2018, 51, 470–480, doi: 10.1107/S1600576718002248.
10. Schmelzer, J.W.P., Glass: selected properties and crystallization, Berlin, 2014. 588 p.
11. Денисов С.Ю., Акилин В.И. Технологические методы повышения точностных характеристик кварцевых акселерометров // Навигация и управление летательными аппаратами. 2016. №15. С. 17–31.
12. Pat. US4400979 (A), G01L1/00; G01L1/14; G01L1/26; G01P15/13, Force transducer flexure with conductors on surfaces in the neutral bending plane / Hanson Richard A., Atherton Kim W.; Sundstrand Data Control Inc. 30.08.1983, p. 8.
13. Пат. RU2731652 (C1), G01P15/135. Маятниковый компенсационный акселерометр / С.Ф. Коновалов, Д.В. Майоров, Ю.А. Пономарёв, В.Е. Чулков, А.Е. Семёнов, М.С. Харламов; Коновалов С.Ф. № RU20190107343; заявл. 15.03.2019; опубл. 07.09.2020, Бюл № 25. 27 с.
14. Коновалов С.Ф., Майоров Д.В., Семёнов А.Е., Пономарёв Ю.А., Чулков В.Е., Малыхин А.А., Харламов М.С., Малыхин Д.А. Температурный дрейф и нестабильность нулевого сигнала маятниковых компенсационных Q-flex акселерометров // XXVII Санкт-Петербургская международная конференция по интегрированным навигационным системам. 2020. С. 237–243.
15. Бом С. Дж. Оптимизация параметров и моделирование рабочих режимов в компенсационных акселерометрах типа Q-flex и Si-flex: дис. … канд. техн. наук. Москва, 2012. 239 с.
16. Лучкин А.Г. Температурный режим нанесения тонкопленочных покрытий на полимеры методом магнетронного распыления // Вестник Казанского технологического университета. 2011. №16. С. 121–125.
Рецензия
Для цитирования:
Барбин Е.С., Козлов Д.В., Коновалов С.Ф., Пономарёв Ю.А., Харламов М.С. Моделирование влияния термодеформации кварцевого чувствительного элемента на нулевой сигнал акселерометра типа Q-flex. Гироскопия и навигация. 2022;30(1):61-72. https://doi.org/10.17285/0869-7035.0085
For citation:
Barbin E.S., Kozlov D.V., Konovalov S.F., Ponomarev Yu.A., Kharlamov M.S. Simulating the Effect of Quartz Sensor Thermal Deformation on Q-Flex Accelerometer Zero Shift. Gyroscopy and Navigation. 2022;30(1):61-72. https://doi.org/10.17285/0869-7035.0085
Послать статью по эл. почте 