Побудова теплового мікроелектромеханічного датчика

• Main Authors: Egor Kiselev, Tetyana Krytska, Nina Stroiteleva, Konstantin Turyshev
• Format: Article
• Language: English
• Published: PC Technology Center 2019-12-01
• Series: Eastern-European Journal of Enterprise Technologies
• Subjects: mos transistor; bimorph membrane; sensitive element; pulse frequency; microcontroller
• Online Access: http://journals.uran.ua/eejet/article/view/184443

Вирішується задача побудови теплового датчика на основі технології мікроелектромеханічних систем шляхом структурного і схемотехнічного інтегрування ємніснозалежної і термомеханічної частин. Для цього запропоновано використання МОН-транзистора (ємніснозалежної частини) із заслоном у вигляді біморфної мембрани (термомеханічної частини), що здійснює циклічні коливання під впливом нагрівання від чутливого елементу і наступного охолодження. Новизною датчика, що пропронується, є забезпечення частотно-залежного вихідного сигналу без використання додаткових генераторних схем. Це дозволяє спростити суміщення датчика з цифровими системами обробки його сигналів і знизити вплив ліній передачі на точність вимірювань. Перевагою датчика є також зменшені габаритні розміри, що досягається за рахунок вертикальної інтеграції його елементів. Проведено модельні дослідження датчика і на їх основі запропоновано схемні та програмно-апаратні рішення з реалізації визначення температури чутливого елементу. Показано, що застосування логаріфмичної залежності для апроксимації впливу температури чутливого елементу на зміну частоти вихідних імпульсів датчика дозволяє мінімізувати похибку вимірювань до 3,08 %. Визначено склад інформаційно-вимірювальної системи, яка містить тепловий датчик, схему попередньої обробки сигналів датчика і частину обробки результатів вимірювань з використанням мікроконтролера Atmega328 на платформі уніфікованого модуля Arduino Uno. Показано, що сумарна похибка визначення температури у розробленій системі не перевищує 4,18 % у діапазоні зміни температури чутливого елементу датчика від 20 °С до 47 °С. Розроблено програмний код мікроконтролерної частини інформаційно-вимірювальної системи який займає 12 % програмній пам’яті і 4,9 % динамічній пам’яті уніфікованого модуля. Тепловий мікроелектромеханічний датчик, що пропонується, може бути використано для контактного вимірювання температури газоподібних та рідких середовищ, реєстрації сигналів оптичного випромінювання і НВЧ сигналів