ПРИСТРОЇ ДЛЯ ВИМІРЮВАННЯ ЕЛЕКТРИЧНОЇ ЄМНОСТІ МІКРОМЕХАНІЧНИХ ДАВАЧІВ НАВІГАЦІЙНИХ СИСТЕМ МОБІЛЬНИХ РОБОТІВ ТА ЇЇ ВІДХИЛЕННЯ ВІД НОМІНАЛЬНОГО ЗНАЧЕННЯ

Андрій Вікторович Рудик

Анотація


Розглянуто методи побудови пристроїв для вимірювання електричної ємності мікромеханічних давачів (акселерометрів та гіроскопів) навігаційних систем мобільних роботів та її відхилення від номінального значення. Запропоновано модифіковану схему сигма-дельта модулятора, в якій реалізовано пряме підключення ємнісного давача до сигма-дельта перетворювача, що забезпечує підвищення розділової здатності, точності та лінійності перетворення. Крім того, такий інтерфейс нечутливий до величини ємності між виводами давача та спільним проводом або до струму витоку на спільний провід. Запропоновано варіанти розширення як номінального значення досліджуваної ємності, так і діапазону перетворення відносного відхилення ємності від номіналу з використанням двох інтеграторів. Розроблено варіанти схемної реалізації пристроїв для вимірювання відхилення електричної ємності мікромеханічного давача від номінального значення на основі закінчених інтегральних мікросхем AD7745/AD7746 і AD7747 фірми Analog Devices та CAV414/424 фірми Analog Microelectronics, а також прецизійного аналогового мікроконтролера ADuCM360/CM361 фірми ARM Limited.

Ключові слова


електрична ємність; мікромеханічний давач; відхилення від номінального значення; AD7745; CAV414; мікроконтролер ADuCM360

Повний текст:

PDF

Посилання


Anchurin, S.A., Maksimov, V.N., Morozov, E.S., Golovan', A.S. and Shilov, V.F. (2011), “Blok inertsial'nykh datchikov”, Nano- i mikrosistemnaya tekhnika, Vol. 1, pp. 50–53.

Belous, A.I., Emel'yanov, V.A., Drozd, S.E., Konnov, E.V., Mukhurov, N.I. and Plebanovich, V.A. (2008), “Skhemotekhnicheskoe konstruirovanie BIS preobrazovatelya emkost'-napryazhenie dlya mikroelektromekhanicheskikh datchikov”, Nano- i mikrosistemnaya tekhnika, Vol. 8, pp. 15–19.

Brikhta, M. (2006), “Preobrazovateli emkosti v tsifrovoy kod na osnove sigma-del'ta modulyatora”, Komponenty i tekhnologii, Vol. 1, pp. 34–36.

Verner, V.D., Mal'tsev, P.P., Reznev, A.A., Saurov, A.N. and Chaplygin, Yu.A. (2008), “Sovremennye tendentsii razvitiya mikrosistemnoy tekhniki”, Nano- i mikrosistemnaya tekhnika, Vol. 8, pp. 2–6.

Konoplev, B.G., Lysenko, I.E. and Polishchuk, E.V. (2008), Integral'nyy mikromekhanicheskiy giroskop-akselerometr na osnove uglerodnykh nanotrubok, Patent RF No. 2334237.

Korolev, M.A., Tikhonov, R.D. and Chaplygin, Yu.A. (2003), “Integrirovannye mikrosistemy – perspektivnye elementy mikrosistemnoy tekhniki”, Mikrosistemnaya tekhnika, Vol. 7, pp. 6–7.

Lysenko, I.E. (2005), Proektirovanie sensornykh i aktyuatornykh elementov mikrosistemnoy tekhniki, TRTU, Taganrog, 103 p.

Lysenko, I.E. (2007), Integral'nyy mikromekhanicheskiy giroskop-akselerometr, Patent RF No. 2293338.

Peyton, A.Dzh. and Volsh, V. (1994), Analogovaya elektronika na operatsionnykh usilitelyakh, BINOM, Moscow, 352 p.

Pogalov, A.I., Timoshenkov, V.P., Timoshenkov, S.P. and Chaplygin, Yu.A. (1999), “Razrabotka mikrogiroskopov na osnove mnogosloynykh struktur kremniya i stekla”, Mikrosistemnaya tekhnika, Vol. 1, pp. 36–41.

Prokof'ev, I.V. and Tikhonov, R.D. (2011), “Nano- i mikrosistemy dlya monitoringa parametrov dvizheniya transportnykh sredstv”, Nano- i mikrosistemnaya tekhnika, Vol. 12, pp. 48–50.

Raspopov, V.Ya. (2007), Mikromekhanicheskie pribory, Mashinostroenie, Moscow, 400 p.

Rudyk, A.V. (2016), “Integral'ni peretvorjuvachi vidhylennja elektrychnoi' jemnosti vid nominal'nogo znachennja”, Proceedings of the 8-th International SPC “Suchasni problemy i dosjagnennja v galuzi radiotehniky, telekomunikacij ta informacijnyh tehnologij”, ZNTU, Zaporizhzhia, Ukraine, pp. 67–68.

Sharapov, V.M., Musienko, M.P. and Sharapova, E.V. (2006), P'ezoelektricheskie datchiki, Tekhnosfera, Moscow, 632 p.

Analog Microelectronics (2016), “CAV414 – Capacity/voltage (C/V-) transducer IC with adjustable output voltage”, available at: www.analogmicro.de

Analog Microelectronics (2016), “CAV424 – C/U transducer IC with adjustable output voltage”, available at: www.analogmicro.de

Analog Microelectronics (2016), “CAV444 – C/V transmitter IC with adjustable output voltage for capacitive input signals”, available at: www.analogmicro.de

Elwenspoek, M. and Wiegerink, R. (2001), Mechanical microsensors, Springer, 308 p.

Analog Devices (2016), “Extending the Capacitive Input Range of the AD7745/AD7746 Capacitance-to-Digital Converter. CircuitNote CN-0129”, available at: www.analog.com

Analog Devices (2016), “Using the ADuCM360/ADuCM361 Low Power, Precision Analog Microcontroller with Dual Sigma-Delta ADCs, ARM Cortex-M3”, available at: www.analog.com

Xie, H. (2002), Gyroscope and micromirror design using vertical-axis CMOS-MEMS actuation and sensing, Carnegie Mellon university, Pittsburgh, 246 p.

Analog Devices (2016), “24-Bit Capacitance-to-Digital Converter with Temperature Sensor AD7745/ AD7746 Analog Devices”, available at: www.analog.com

Analog Devices (2016), “24-Bit Capacitance-to-Digital Converter with Temperature Sensor АD7747 Analog Devices”, available at: www.analog.com


Пристатейна бібліографія ГОСТ


1. Блок инерциальных датчиков / С.А. Анчурин, В.Н. Максимов, Е.С. Морозов та ін. // Нано- и микросистемная техника. – 2011. – № 1. – С. 50–53.

2. Схемотехническое конструирование БИС преобразователя емкость-напряжение для микроэлектромеханических датчиков / А.И. Белоус, В.А. Емельянов, С.Е. Дрозд та ін. // Нано- и микросистемная техника. – 2008. – № 8. – С. 15–19.

3. Брихта М. Преобразователи ёмкости в цифровой код на основе сигма-дельта модулятора / М.Брихта // Компоненты и технологии. – 2006. – № 1. – С. 34–36.

4. Современные тенденции развития микросистемной техники / В.Д. Вернер, П.П. Мальцев, А.А. Резнев та ін. // Нано- и микросистемная техника. – 2008. – № 8. – С. 2–6.

5. Коноплев Б.Г. Интегральный микромеханический гироскоп-акселерометр на основе углеродных нанотрубок / Б.Г. Коноплев, И.Е. Лысенко, Е.В. Полищук // Патент РФ № 2334237. – 2008.

6. Королев М.А. Интегрированные микросистемы – перспективные элементы микросистемной техники / М.А. Королев, Р.Д. Тихонов, Ю.А. Чаплыгин // Микросистемная техника. – 2003. – № 7. – С. 6–7.

7. Лысенко И.Е. Проектирование сенсорных и актюаторных элементов микросистемной техники / Лысенко. – Таганрог : ТРТУ, 2005. – 103 с.

8. Лысенко И.Е. Интегральный микромеханический гироскоп акселерометр / И.Е. Лысенко // Патент РФ № 2293338. – 2007.

9. Пейтон А.Дж. Аналоговая электроника на операционных усилителях / А.Дж. Пейтон, В.Волш. – М. : БИНОМ, 1994. – 352 с.

10. Разработка микрогироскопов на основе многослойных структур кремния и стекла / А.И. Погалов, В.П. Тимошенков, С.П. Тимошенков, Ю.А. Чаплыгин // Микросистемная техника. – 1999. – № 1. – С. 36–41.

11. Прокофьев И.В. Нано- и микросистемы для мониторинга параметров движения транспортных средств / И.В. Прокофьев, Р.Д. Тихонов // Нано- и микросистемная техника. – 2011. – № 12. – С. 48–50.

12. Распопов В.Я. Микромеханические приборы / В.Я. Распопов. – М. : Машиностроение, 2007. – 400 с.

13. Рудик А.В. Інтегральні перетворювачі відхилення електричної ємності від номінального значення / А.В. Рудик //Сучасні проблеми і досягнення в галузі радіотехніки, телекомунікацій та інформаційних технологій / Тези доповідей 8-ої міжнародної НПК. – Запоріжжя : ЗНТУ, 2016. – С. 67–68.

14. Шарапов В.М. Пьезоэлектрические датчики / В.М. Шарапов, М.П. Мусиенко, Е.В. Шарапова. – М. : Техносфера, 2006. – 632 с.

15. CAV414 – Capacity/voltage (C/V-) transducer IC with adjustable output voltage [Електронний ресурс]. – Режим доступу : http://www.analogmicro.de.

16. CAV424 – C/U transducer IC with adjustable output voltage [Електронний ресурс]. – Режим доступу : http://www.analogmicro.de.

17. CAV444 – C/V transmitter IC with adjustable output voltage for capacitive input signals [Електронний ресурс]. – Режим доступу : http://www.analogmicro.de.

18. Elwenspoek M. Mechanical microsensors / M.Elwenspoek, R.Wiegerink. – Springer, 2001. – 308 p.

19. Extending the Capacitive Input Range of the AD7745/AD7746 Capacitance-to-Digital Converter / CircuitNote CN-0129 [Електронний ресурс]. – Режим доступу : http://www.analog.com.

20. Using the ADuCM360/ADuCM361 Low Power, Precision Analog Microcontroller with Dual Sigma-Delta ADCs, ARM Cortex-M3 [Електронний ресурс]. – Режим доступу : http://www.analog.com.

21. Xie H. Gyroscope and micromirror design using vertical-axis CMOS-MEMS actuation and sensing / H.Xie. – Carnegie Mellon university, 2002. – 246 p.

22. 24-Bit Capacitance-to-Digital Converter with Temperature Sensor AD7745/AD7746 Analog Devices [Електронний ресурс]. – Режим доступу : http://www.analog.com.

23. 24-Bit Capacitance-to-Digital Converter with Temperature Sensor АD7747 Analog Devices [Електронний ресурс]. – Режим доступу : http://www.analog.com.





DOI: https://doi.org/10.26642/tn-2016-3(78)-93-103

Copyright (c) 2016 Андрій Вікторович Рудик

Це видання ліцензовано за ліцензією Creative Commons Із Зазначенням Авторства - Некомерційна 4.0 Міжнародна.