Разработка и исследование измерительных приборов на интегральных принципах

• Автор: Вавилов, Владимир Дмитриевич
• Шифр специальности: 05.11.08
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 1997
• Место защиты: Арзамас
• Количество страниц: 299 с. : ил.

Оглавление
Введение
Современное состояние интегральных датчиков первичной информации и задачи исследования
Краткий исторический очерк развития интегральных датчиков
Обзор и анализ специфики построения интегральных датчиков.
Обзор и анализ интегральных преобразователей физических величин в электрические сигналы
Выводы
Исследования и разработка электронных преобразователей интегральных датчиков
Ёмкостный преобразователь перемещений
Преобразователь перемещений на полевом эффекте
Магниторезистивный преобразователь перемещений
Датчик силы на основе взаимодействия электрических полей
Магнитоэлектрический датчик силы
Преобразователь “напряжение-частота”
Уравнение преобразования ПНЧ
Структурная схема динамической модели ПНЧ
Условие устойчивости ПНЧ при малых входных воздействиях
Оценка времени отклика ПНЧ
Источник опорного напряжения
Релаксационный преобразователь сопротивления тензодатчиков в частоту
Выводы
Исследования и разработка интегральных преобразователей с термодатчиками
Термоанемометр постоянной температуры
Термоанемометр с переносом тепловых меток
Т ермоанемометрический расходомер
3.4. Линеаризация передаточной характеристики мостов с терморезисторами
3.5. Увеличение точности преобразователей на основе структурного
подхода
Выводы
Глава 4. Исследования и разработка чувствительных элементов интегральных датчиков
4.1. Анализ движения чувствительных элементов интегральных акселерометров
4.2. О жёсткости интегральных упругих подвесов с криволинейными
обводами
4.3. Газодинамическое демпфирование подвижных узлов интегральных акселерометров
4.4. Демпфирование перфорированных ЧЭ
4.5. Исследование возможности применения гистерезисного демпфирования в интегральных датчиках
4.6. Исследования прогибов и деформаций интегральных чувствительных элементов датчиков давления
Выводы
Глава 5. Принципы построения и теория интегральных акселерометров
5.1. Акселерометр с электростатической отрицательной обратной
связью
5.1.1. Вывод передаточной функции компенсационного акселерометра
5.1.2. Аппаратные методы снижения погрешности акселерометра
5.2. Акселерометр с магнитоэлектрической отрицательной обратной
связью
5.3. Акселерометр с импульсной обратной связью
5.4. Многокомпонентные интегральные акселерометры
Выводы
Глава 6. Принципы построения и теория интегральных датчиков давле-

6.1. Датчик давления с электростатической отрицательной обратной
связью
6.2. Датчик давления с магнитоэлектрической отрицательной обратной связью
6.3. Интегральный датчик влажности воздуха
Выводы
Глава 7. Системный подход к оптимизации характеристик интегральных
датчиков
7.1. Оптимизация конструктивных параметров по динамическому
критерию
7.2. Оптимизация конструктивных параметров датчиков с учётом дополнительных ограничений
7.3. Оптимизация отношения "сигнал / шум"
7.4. Подавление тепловых шумов полупроводников
Выводы
Приложения
П. 1. Калибровка интегральных датчиков по экспериментальным данным
П.2. Экспериментальные исследования кремниевых подвесов
П.З. Экспериментальные исследования газодинамического демпфирования
П.4. Экспериментальные исследования ВАХ кремниевого р-п перехода
П.5. Результаты экспериментальных исследований ПНЧ
П.6. Температурные исследования интегральных акселерометров
П.7. Тензорезисторный датчик избыточных давлений
Заключение
Литература

деформированной кристаллической решётки. Зависимость (1.6) выполняется также и для случая сильнолегированного кремния (при N>1019 см3). При увеличении степени легирования коэффициенты К{ уменьшаются, причём уменьшение К], К2. К2 и т. д. прогрессирует по сравнению с Ко. При концентрации N=1019 для р- кремния коэффициенты К, К2, К2 и т. д. стремятся к нулю, а при
1022 коэффициент К1 становится положительным и имеет слабо выраженную тенденцию к возрастанию. Прямопропорциональная зависимость при
лл -з
N « 10 наблюдается для р- и п- кремния до деформации порядка 10“'.
Известны схемные способы исключения нелинейности тензорезисторов /65/. Это, во-первых, включение одинаковых тензорезисторов из смежных плеч моста на деформации, равные по модулю, но имеющие разные знаки, т. е. одного тензорезистора на растяжение, другого - на сжатие. При этом нелинейные составляющие чётного порядка вычитаются. Во- вторых, исключение нелинейных влияний может быть достигнуто при включении тензорезисторов на один вид деформации, при этом тензорезисторы должны быть включены в противоположные плечи моста и выполнены один п- типа, а другой р- типа с одинаковой концентрацией.
Многочисленными экспериментами установлено /181/, что улучшение характеристик тензорезисторов возможно с помощью технологических способов. Соответствующим выбором концентрации примесей проводимости (фосфора или бора) возможно выполнение линейных и термонезависимых тензорезисторов. Улучшению стабильности нулевого сигнала и крутизны характеристики ионолегированных тензорезисторов способствует отжиг совместно с упругим элементом и корпусной пластиной при температуре порядка 400° С. Связано это физически с равномерной разгонкой примесей проводимости в теле тензорезистора и со снижением температурных напряжений, возникающих от несоответствия коэффициентов линейных расширений в теле тензорезистора и упругого элемента.