CC BY
40Приборы и системы измерения на основе акустических, оптических и радиоволн
УДК 531.768 Оригинальная статья
https://doi.org/10.32603/1993-8985-2019-22-5-116-129
Микроакселерометр на поверхностных акустических волнах с кольцевым резонатором на анизотропном материале
Д. П. Лукьянов1, А. М. Боронахин1, С. Ю. Шевченко1, М. А. Хиврич20, Т. А. Амиров3
1 Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет "ЛЭТИ" им. В. И. Ульянова (Ленина), Санкт-Петербург, Россия
2АО "Авро-МКС", Санкт-Петербург, Россия
3Ташкентский государственный технический университет им. Ислама Каримова, Ташкент, Узбекистан 0mariya-khivrich@yandex.ru
Аннотация
Введение. Состояние объектов эксплуатации (например, на железной дороге) контролируется системами диагностики. В их составе используются микроэлектромеханические системы, комплектуемые датчиками ускорения (акселерометрами). В процессе эксплуатации акселерометры подвергаются значительным вибрациям и многократно повторяющимся ударным воздействиям. Это накладывает ограничения на конструкцию и материалы, из которых изготавливаются акселерометры.
Цель работы. Разработка микромеханического акселерометра (ММА) на поверхностных акустических волнах (ПАВ), способного измерять ударные воздействия.
Материалы и методы. Теоретическая часть работы выполнялась с применением математической теории дифференциальных уравнений, теоретической механики, конечно-элементарного анализа и элементов теории ПАВ. В ходе работы применялась математическая обработка в программах MATLAB, Mathcad, Maple, COMSOL Multiphasics, OOFELIE::Multiphysics, ПО Bluehill3, CorelDRAW. Экспериментальные исследования проведены с привлечением напольной автоматизированной испытательной системы INSTRON 5985. Результаты. Разработана концепция построения и предложена оригинальная конструкция ММА на ПАВ, способного измерять ударные воздействия в сотни g. Разработан чувствительный элемент (ЧЭ) сенсора. Анализ материалов для пластин в составе конструкции ММА на ПАВ показал, что ЧЭ из кварца ST-среза отличается более широким диапазоном измеряемых ускорений и более высоким порогом чувствительности, чем ЧЭ из ниобата лития среза YX-128°. Выработаны требования и исследована возможность повышения порога чувствительности датчика. Сформулированы требования к проектированию и предложена топология встречно-штыревого преобразователя (ВШП) в виде кольцевого резонатора. Предложена оригинальная топология резонатора с неэквидистантным ВШП для учета анизотропии материала чувствительного элемента. Оценены выходные характеристики: порог чувствительности, динамический диапазон, масштабный коэффициент. Предложена методика расчета ММА на ПАВ с кольцевым резонатором на анизотропном материале. ЧЭ ММА такой конструкции имеет высокий порог чувствительности, широкий динамический диапазон и малую поперечную чувствительность.
Заключение. Предложенная методика проектирования ЧЭ твердотельного датчика линейных ускорений позволяет выбрать материал и систему съема измерительной информации в зависимости от технических требований. Благодаря оригинальности конструкторско-технологического решения предложенный акселерометр позволяет проводить измерения в широком диапазоне ударных воздействий. Ключевые слова: микроэлектромеханические системы, микромеханический акселерометр, чувствительный элемент, поверхностно-акустические волны, встречно-штыревой преобразователь, анизотропный материал
Для цитирования: Микроакселерометр на поверхностных акустических волнах с кольцевым резонатором на анизотропном материале / Д. П. Лукьянов, А. М. Боронахин, С. Ю. Шевченко, М. А. Хиврич, Т. А. Амиров // Изв. вузов России. Радиоэлектроника. 2019. Т. 22, № 5. С. 116-129. doi: 10.32603/1993-8985-2019-22-5-116-129
Конфликт интересов. Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.
Статья поступила в редакцию 16.09.2019; принята к публикации после рецензирования 14.10.2019;
опубликована онлайн 29.11.2019
© Лукьянов Д. П., Боронахин А. М., Шевченко С. Ю., Хиврич М. А., Амиров Т. А., 2019
116 Контент доступен по лицензии Creative Commons Attribution 4.0 License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License
Microaccelerometer on Surface Acoustic Waves with a Ring Resonator
on Anisotropic Material
Dmitry P. Lukyanov1, Alexander M. Boronakhin1, Sergey Yu. Shevchenko1,
Mariya A. Khivrich2, Temurmalik A. Amirov3
1 Saint Petersburg Electrotechnical University, St Petersburg, Russia
2 JSC "Avro-MCS", St Petersburg, Russia
3 Tashkent State Technical University n. a. Islam Karimov, Tashkent, Uzbekistan
H mariya-khivrich@yandex.ru
Abstract
Introduction. Diagnostic systems are designed to monitor the condition of operational components (for example, on the railway). It is imperative that micro-electromechanical systems (MEMS) equipped with acceleration sensors (accelerometers) be used as part of measuring diagnostic systems. It is known that accelerometers are operated under increased vibration and repeated shock loads. This imposes a limitation both on the accelerometer design and the properties of materials from which these devices are produced.
Aim. To develop a micromechanical accelerometer (MMA) for surface acoustic waves (SAW), capable of measuring shock effects.
Materials and methods. The theoretical part of the study was carried out using the mathematical theory of differential equations, theoretical mechanics, finite element analysis and elements of SAW theory. In the course of the work, the following methods of mathematical processing were applied: MATLAB, Mathcad, Maple, COM-SOL Multiphysics, OOFELIE: Multiphysics, Bluehill3 software, CorelDRAW. Experimental studies were also conducted using the INSTRON 5985 floor automated test system.
Results. An original design of MMA on a SAW capable of measuring shock effects in hundreds of g was proposed. A sensing element (SE) of the sensor was developed. An analysis of the plate materials for their use as part of the SAW-based MMA design showed that SE from the quartz ST-cut material has a wider range of measured accelerations and a higher sensitivity threshold than SE from the YX-128° cut-off lithium niobate material. Requirements were developed to increase the SE sensitivity threshold. Design requirements were developed, and an interdigital transducer (IDT) topology in the form of a ring resonator was proposed. The following output characteristics were assessed: sensitivity threshold, dynamic range and scale factor. In addition, a procedure was developed for calculating MMA on a SAW with a ring resonator on an anisotropic material. It was found that the developed SE is characterized by a high sensitivity threshold, a wide dynamic range and a low transverse sensitivity. Conclusion. The technique proposed for designing a sensing element for use in solid-state linear acceleration sensors facilitates, depending on technical requirements, selection of construction materials and sensor design. Due to the originality of the design and engineering solutions, the proposed accelerometer allows measurements to be carried out across a wide range of impact loads.
Key words: microelectromechanical systems, micromechanical accelerometer, sensitive element, surface acoustic waves, interdigital transducer, anisotropic material
For citation: Lukyanov D. P., Boronakhin A. M., Shevchenko S. Yu., Khivrich M. A., Amirov T. A. Microaccelerometer on Surface Acoustic Waves with a Ring Resonator on Anisotropic Material. Journal of the Russian Universities. Radioelectronics. 2019, vol. 22, no. 5, pp. 116-129. doi: 10.32603/1993-8985-2019-22-5-116-129
Conflict of interest. The authors declare no conflict of interest. Submitted 16.09.2019; accepted 14.10.2019; published online 29.11.2019
Instruments and Measuring Systems Based On Acoustic, Optical and Radio Waves
Original article
Введение. Последние десятилетия микроэлектромеханические системы (МЭМС) стали неотъемлемой частью современной техники [1-3]. Они применяются как в составе приборов персональной
электроники, так и в тяжелой промышленности, военной технике. МЭМС активно применяются в специальной технике с особыми условиями эксплуатации, в контрольно-измерительной аппарата
туре, например в составе системы диагностики железнодорожного полотна, где необходимо измерять ударные воздействия в сотни g [4-6]. Указанные возможности определяют актуальность проектирования таких приборов.
В результате анализа основных видов МЭМС-датчиков [7-17] сделано заключение, что для микромеханического акселерометра (ММА), способного выдерживать большие перегрузки и измерять высокие ускорения, необходимо выполнение следующих рекомендаций:
- чувствительный элемент (ЧЭ) должен быть жестко закреплен;
- для уменьшения поперечной чувствительности необходимо применять осесимметричные конструкции ЧЭ и равномерное их закрепление;
- для повышения порога чувствительности необходимо нагружать ЧЭ инерционной массой.
Для выполнения указанных рекомендаций предлагается выполнять твердотельный датчик на поверхностных акустических волнах (ПАВ), использующих молекулярную кинетику твердого тела.
Ранее на кафедре лазерных измерительных и навигационных систем (ЛИНС) Санкт-Петербургского государственного электротехнического университета "ЛЭТИ" им. В. И. Ульянова (Ленина) был разработан ММА на ПАВ [18]. Он представлял из себя акселерометр маятникого типа, ЧЭ которого реализован в виде консоли, выполненной из монокристалла кварца ST-среза. ЧЭ жестко закреплялся с одной стороны и нагружался инерционной массой (ИМ) с другой. На противоположных сторонах элемента находились ПАВ-резонаторы.
Обобщенная структурная схема дифференциального ПАВ-акселерометра показана на рис. 1. Она включает ЧЭ 1, который жестко закреплен левым концом и нагружен ИМ т справа. На нем установлены два ПАВ-резонатора 2, включенные в цепи автогенераторов 3. Выходные сигналы автогенераторов подаются на смеситель 4, на выходе которого включены два полосовых фильтра 5, 6.
г-Ш-
fio + 4f
jrn
(fio - /20 ) + 2А/
f10 + f20
2
^^ /20
Рис. 1. Структурная схема ПАВ-акселерометра
Fig. 1. Structural diagram of a SAW-accelerometer
Под действием ускорения ЧЭ консольного типа испытывает нагрузку на изгиб. При этом резонансные частоты резонаторов 2 изменяются, что вызывает изменение частот выходных сигналов генераторов 3 на величину Af, пропорциональную действующему ускорению. Гармонические колебания автогенераторов 3 поступают на смеситель 4, где формируются сигналы суммарной частоты f[o + /20 и разностной частоты fio _ /20 + 2Af. Разностная частота зависит от значения ускорения, а суммарная может быть использована для уменьшения влияния дестабилизирующих факторов, прежде всего температуры, через канал автоподстройки частот генераторов.
Одним из важнейших критериев, определяющих чувствительность ММА на ПАВ, являются относительные деформации ЧЭ. В случае прямоугольной консоли распределение относительных деформаций по длине ЧЭ при действии ускорения вдоль оси чувствительности датчика является неоднородным, что при несимметричном расположении ПАВ-резонаторов приводит к различной чувствительности плеч дифференциальной схемы и, следовательно, к дополнительным погрешностям. Для уменьшения этих погрешностей предложена консоль треугольной формы [18], относительные деформации которой равномерны.
Вместе с тем, ЧЭ прямоугольной формы отличается существенной чувствительностью к ускорениям, направленным вдоль осей, перпендикулярных измерительной, в то время как ЧЭ с треугольной формой консоли к таким воздействиям практически нечувствителен.
Принимая во внимание указанные свойства, был сделан вывод, что для дальнейших разработок более перспективна консоль треугольной формы, так как она обеспечивает равномерное распределение относительных деформаций в области нанесения ПАВ-резонатора, а также имеет малую поперечную чувствительность датчика. Недостатком такой конструкции является малый динамический диапазон, что не позволяет измерять ударные воздействия.
В 2009 г. русско-немецкой научной группой предложен высокодобротный ПАВ-резонатор в виде протяженного замкнутого в кольцо одновхо-дового резонатора, нанесенного на подложку Z-среза нитрида алюминия [19-21].
В настоящей статье предлагается совместить эти две разработки с целью создания ММА на
2
1
ПАВ с кольцевым резонатором на анизотропном материале, способного измерять ударные воздействия в сотни g. Поставленная цель достигается решением следующих задач:
- выбором конструкции и материала ЧЭ ММА на ПАВ для измерения ударных воздействий;
- анализом внутренних напряжений и распределения относительных деформаций ЧЭ;
- повышением чувствительности за счет использования топологии кольцевого встречно-штыревого преобразователя (КВШП) и нагружения ЧЭ ИМ;
- оценкой динамического диапазона, порога чувствительности, масштабного коэффициента;
- расчетом топологии КВШП для анизотропной подложки и оценкой влияния технологических погрешностей на выходной сигнал;
- анализом особенностей съема выходного сигнала.
На основании решения этих задач предложен ММА на ПАВ с кольцевым резонатором на анизотропном материале (рис. 2). ЧЭ такого ММА представляет собой пластину круглой формы, закрепленную по образующей, на обе стороны которой нанесены ПАВ-резонаторы. Он решает сразу две задачи - равномерное распределение относительных деформаций и разумное использование габаритов элемента [22].
с кольцевым резонатором
Fig. 2. Structural diagram of the MMA using the SAW with ring resonator
Принцип работы такого акселерометра точно такой же, как у ММА, описанного ранее.
На первом этапе проектирования ММА необходимо оценить возможность применения в качестве материала для чувствительного элемента: кварца ST-среза и ниобата лития среза YX-128°. Будучи материалами для подложек акустоэлек-троных устройств, каждый из них обладает своими достоинствами и недостатками. Необходимо исследовать, как эти материалы будут вести себя в роли подвесной конструкции ММА.
Параметры материалов. Характеристиками любого акселерометра являются пороговая чувствительность и динамический диапазон. В ММА на ПАВ эти параметры определяются (в первом приближении) механической частью ЧЭ, в рассматриваемом ММА - круглой пластины, жестко закрепленной по образующей.
Динамический диапазон ММА определяется предельной прочностью механической части ЧЭ. Предполагается, что предложенный ЧЭ будет способен выдерживать большие нагрузки, чем ЧЭ маятникого типа [18]. В результате анализа напряженно-деформированного состояния ЧЭ, закрепленного по образующей, определено, что максимальное напряжение зависит от двух переменных: ускорения a и отношения квадрата радиуса пластины R к ее толщине А:
°шах =(3/4)ра ( Я2/к),
где р - плотность материала.
При выборе габаритов ЧЭ для акселерометра определяющим является проникающая способность акустической волны. ПАВ обладают слабой проникающей способностью около 3Х (X - длина ПАВ). Предполагая, что ВШП будут располагаться с противоположных сторон ЧЭ, минимальная толщина элемента из кварца должна составлять не менее 7Х. Например, для датчика с размерами не более 10*10x10 мм необходимо, чтобы соотношение Ят^х/ктп было не более 500 для кварца и 400 для ниобата лития (Ятах , ктп - максимальный радиус и минимальная толщина пластины соответственно). Все дальнейшие вычисления и графики приведены для значений
Ят«/ктп = = 25, 100, 200 и 400.
Предельные прочности материалов. ММА на ПАВ сохраняет измерительные возможности вплоть до излома, т. е. диапазон измерений датчика и максимальные перегрузки, которые он выдерживает, совпадают. В результате для оценки динамического диапазона необходимо знать механические возможности ЧЭ - предельную прочность при изгибе, под которой понимается нагрузка, приводящая к разрушению образца.
Для определения предельных прочностей материалов были проведены статические испытания образцов кварца ST-среза и ниобата лития среза YX-Ш0.
Рис. 3. Экспериментальная установка INSTRON 5985 с испытуемым образцом
Fig. 3. Experimental installation INSTRON 5985 with the testing sampler
На экспериментальной установке INSTRON 5985 устанавливались траверсы с зажимами и обеспечивалась параллельность опорных поверхностей (рис. 3). Образцы пластин кварца ST-среза и ниобата лития среза YX-128° жестко закреплялись зажимами в экспериментальной установке и подвергались механическому воздействию в виде давления "сверху вниз" равномерно распределенной нагрузкой P до разрушения материала (рис. 4). По результатам испытаний была рассчитана предельная прочность материалов: для кварца ST-среза она составила 141.8 МПа, а для ниобата лития среза YX-128° - 106.8 МПа [23-25].
Ниобат лития срез YX-128° Lithium niobate YX-128°-slice
P, Н
400 -
200 -
0 300 600 900 1200 1500 t, с Рис. 4. График подачи нагрузки в эксперименте по определению предельной прочности образцов
Fig. 4. Graph of the load in the experiment to determine the ultimate strength of the samples
Таким образом, при равных условиях эксплуатации, характерных для ЧЭ КВШП (перегрузки в тысячи g, жесткое закрепление ЧЭ по периметру), кварц является более прочным материалом по сравнению с ниобатом лития. Это позволяет заключить, что его использование в качестве материла для ЧЭ акселерометра более рационально.
Порог чувствительности. Порог чувствительности определялся как воздействие, вызыва-
ющее сигнал, в 3 раза превосходящий уровень шумов. При оценке пороговой чувствительности ММА на ПАВ важную роль играют относительные деформации в месте расположения резонатора, с возрастанием которых увеличивается изменение частоты, а следовательно, и выходной сигнал преобразователя. Результаты измерений показали, что для ранее разработанного на кафедре ЛИНС ММА на ПАВ с ЧЭ маятникового типа [18] порог чувствительности составляет 0.21 кГц.
С целью увеличения относительных деформаций, приводящих к повышению порога чувствительности, было решено нагрузить ЧЭ ИМ и провести анализ напряженно-деформированного состояния. Варьируя параметры ИМ и структуры ВШП, можно добиться наибольшей точности измерений, простоты конструкции датчика и необходимого частотного диапазона. Аналитический расчет относительных деформаций - сложная и трудоемкая задача, поэтому для оптимизации было проведено компьютерное моделирование. Кроме того, в процессе проектирования возникает необходимость оценки предельных эксплуатационных характеристик сенсоров. Поскольку к ударопрочности сенсоров на ПАВ предъявляются крайне жесткие требования, ее экспериментальная оценка требует значительных затрат, а в некоторых случаях вовсе не возможна.
Моделирование ММА на ПАВ выполнялось в программном пакете COMSOL Multiphysics. При помощи встроенного редактора геометрии были построены модели, представлявшие собой круглые пластины, жестко закрепленные по образующей, в центре которых помещены ИМ. Модели разбивались на конечные элементы треугольной сеткой (рис. 5, а). Размеры пластин удовлетворяли
выбранным ранее соотношениям Л^пах/^тт = = 25, 100; 200; 400. Расчет проводился для двух видов материалов: кварца ST-среза и ниобата лития среза YX-128°. В процессе моделирования учитывались анизотропные свойства указанных материалов. Инерционная масса представляла собой цилиндр. В качестве материала ИМ был выбран немагнитный тяжелый сплав вольфрам-никель-медь (ВНМ), обладающий следующими характеристиками: высокой плотностью
р = 18 000 кг/м3, модулем упругости Юнга Е = 350 ГПа, коэффициентом Пуассона у = 0.29. Программа позволила смоделировать воздействия различных значений ускорений (рис. 5, б) и рассчи-
а б
Рис. 5. Модель чувствительного элемента (ЧЭ): а - разбивка на конечные элементы; б - ЧЭ под нагрузкой вдоль оси z
Fig. 5. Model of a sensitive element (SE): a - breakdown into finite elements; б - SE under load along the z axis
тать деформационные характеристики ЧЭ (деформации, внутренние напряжения, относительные удлинения) под воздействием ускорения вдоль оси чувствительности г.
Кольцевой ПАВ-резонатор. Оба рассматриваемых материала ЧЭ - кварц ST-среза и ниобат лития среза YX-128° - являются анизотропными. Фазовые скорости ПАВ в них, коэффициенты электромеханической связи (КЭМС) меняются в зависимости от направления распространения акустической волны в материале.
При расчете и построении топологии КВШП (рис. 6, а) для повышения достоверности результатов важно учитывать изменения фазовой скорости и КЭМС. Для того чтобы рабочая частота акустического устройства оставалась постоянной, необходимо учитывать фазовую скорость в пределах каждого периода топологии кольцевого резонатора отдельно. Тогда анизотропия свойств материала ЧЭ компенсируется неэквидистантностью неапо-дизированного кольцевого ВШП (рис. 6, б).
Расчет топологии линейного эквидистантного резонатора сводится к определению периода, протяженности преобразователя и апертуры. Период ВШП определяется условием акустического синхронизма: равенством периода топологии длине ПАВ X = ум.с//р , где
1
VMi- =
d/vM +(1 - d )/
- скорость ПАВ на частично металлизированной
подложке, причем v(.
- скорость ПАВ на сво-
бодной и металлизированной поверхностях соответственно; d = 0.5 - коэффициент металлизации.
Длина всего преобразователя находится как произведение периода топологии L на их количество N -¿вшп = -М.
В неэквидистантном ВШП этот период меняется. Тогда
N
- = 1 -, г=0
т
а б в
Рис. 6. Кольцевой встречно-штыревой преобразователь (КВШП): а - общий вид; б - схема неэквидистантного неаподизированного КВШП; в - определение периодов КВШП
Fig. 6. Ring interdigital transducer (RIT): а - general view; б - scheme of the non-equidistant unapodized RIT;
в - determination of the periods of a ring RIT
v
м
v
где i - номер периода топологии, определяемого как
к = ч//р •
Здесь у - фазовая скорость ПАВ на i-й паре
штырей; /р - рабочая частота, равная 433 МГц.
Выбирая апертуру преобразователя, необходимо учитывать возможные дифракционные потери, связанные с расходимостью акустического луча ограниченной апертуры. Поэтому апертура электродов ВШП не должна быть меньше значения, определяемого границей зоны Френеля:
ж = вшп 1 + у|,
где у - параметр анизотропии.
Длина кольцевого резонатора преобразователя - это длина окружности: Ьвшп = 2пЯ, где R -средний радиус кольца. Апертура будет равна:
ж = у/р) 2пя 1+у| = м4я,
где М ^(у/.Гр)2п|1 + у| • Максимальная апертура
соответствует максимальной скорости ПАВ, поэтому Мтах достигается при утах. Максимальная фазовая скорость поверхностной волны в кварце ST-среза составляет 3569.53 м/с, у = + 0.378. В ниобате лития среза YX-128° максимальная фазовая скорость 3739.2 м/с, у = -0.37. Отсюда
получаем для кварца для ниобата
лития Ж > 0.006^. Примем для обоих материалов Мтах = 0.01, тогда Ж > 0.01>/д.
В КВШП апертура Ж = (Я2 - Я1). Считая,
что она существенно меньше среднего радиуса Я = (- Я\)/2, получаем требование к апертуре
кольцевого резонатора:
Я» И > 0.0\yJ~R.
Зависимость апертуры КВШП от радиуса кольца представлена на рис. 7. Эта кривая является границей минимального значения апертуры относительно радиуса кольцевого резонатора.
Очевидно, что для лучшего съема информации амплитудно-частотная характеристика преобразователя должна иметь узкий пик. Однако периоды топологии КВШП являются веерными: расстояние между осями симметрии штырей мо-
W, мм 0.16 0.12 0.08 0.04
_L
_L
_L
_L
_L
_L
0 50 100 150 200 250 300 R, мм Рис. 7. Зависимость апертуры КВШП от среднего радиуса кольца
Fig. 7. The dependence of the aperture of the RIT on the average radius of the ring
нотонно изменяется по его ширине. Это расширяет АЧХ за счет топологии резонатора.
На анизотропном материале фазовая скорость ПАВ переменная, но, так как резонатор неэквидистантный, примем, что на каждом периоде топологии скорость постоянна и известна. Тогда ширина АЧХ:
Л® = -/виши — -/внгр '
где
/вншн нтттн , ,/внтр ^м.с/-^внтр
- частоты ПАВ около внешнего и внутреннего радиусов соответственно, причем ( L^^, ¿вшр
- ширина периода топологии около внутреннего и внешнего радиусов соответственно, см. рис. 6, в).
В силу малости ширины периода топологии по сравнению с длиной преобразователя L приравняем ее длине дуги соответствующего радиуса:
^нтр =®п Я1; ^ьншн =0п Я2 , где 0п - угловой период. Тогда
, Ri - Я\ г W ЛЮ = = /р 1
и условие для узкого пика АЧХ: W/Я ^ min.
Результаты расчетов. Динамический диапазон. Значения деформаций и внутренних напряжений были пересчитаны в значения выходного сигнала датчика для всех предложенных соотношений размеров и материалов. На рис. 8 показаны выходные характеристики для ЧЭ из двух материалов и четырех вариантов соотношений размеров: квадрат радиуса к толщине ЧЭ.
В табл. 1 представлены результаты расчетов: масштабные коэффициенты в дифференциальном
Д/ кГц 1000 800 600 400 200
0
Кварц ST-среза . Quartz ST-slice R/ h = 400
10 000
Д/ кГц 600 500 400 300 200 100
15 000
0
Ниобат лития срез YX-128° Lithium niobate YX-128°-slice
R 2/h = 400
10 000
Рис. 8. Выходные характеристики чувствительных элементов Fig. 8. The output characteristics of the sensing elements Таблица 1. Характеристики ММА на ПАВ Table 1. Characteristics of а micromechanical accelerometer using SAW
15 000
Параметр R2/h, мм
25 | 100 | 200 | 400
Кварц ST-среза
Масштабный коэффициент (дифференциальный режим), кГц/£- 0.0063 0.0259 0.0523 0.1053
Диапазон измеряемых ускорений, ^ ±200 и более ±200 и более ±200 и более ±200 и более
Порог чувствительности, g 68 17 9 4
Ниобат лития среза YX-128°
Масштабный коэффициент (дифференциальный режим), кГц^ 0.0035 0.0151 0.0304 0.0612
Диапазон измеряемых ускорений, g ±200 и более ±200 и более ±200 и более ±200 и более
Порог чувствительности, g 120 29 14 7
режиме, диапазоны измеряемых ускорений, пороги чувствительности.
Модельный эксперимент показал, что при нагрузке ЧЭ инерционной массой цилиндрической формы, размещенной на ЧЭ соосно по оси г (см. рис. 5, б), повышается чувствительность КВШП. При этом с ростом ИМ увеличивается и приращение частоты. В связи с этим был проведен анализ характеристик ЧЭ в напряженно-деформированном инерционной массой состоянии.
При одинаковых условиях для двух материа-
лов пластины максимальная чувствительность наблюдается при условии &им < Н (где &им -радиус ИМ; Н - высота ИМ) и отношении &Им/& < 1, а зона наибольшей чувствительности элемента смещается к месту крепления и достигает своего максимума при &им/& = 3/5, после чего происходит спад (рис. 9, а).
Таким образом, радиус ИМ должен составлять 60 % от радиуса ЧЭ. Напротив, зависимость чувствительности от соотношения высот ЧЭ и
0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 R/R^
0.1
0.4
0.7
/гим/h
б
Рис. 9. Зависимости смещения частоты для исследованных ЧЭ от отношения радиуса пластины и радиуса ИМ (а) и от отношения высоты инерционной массы (ИМ) к высоте чувствительного элемента (ЧЭ) (б). Черные кривые - вблизи крепления ЧЭ; красные кривые - вблизи крепления ИМ
Fig. 9. The dependence of the frequency shift for the investigated sensing elements (SE) on the ratio of the plate radius and the radius of the inertial mass (IM) (a) and on the ratio of IM to the height of the SE (б). Black curves - nearly SE fixing; red curves - nearly IM fixing
а
ИМ (рис. 9, б) не имеет экстремума. Поэтому высота ИМ ограничивается только целесообразностью и конструктивными особенностями прибора.
Из описанных результатов можно сделать вывод, что для увеличения порога чувствительности сенсора, построенного как с применением кварца ST-среза, так и ниобата лития YX-128°, при использовании ИМ рекомендуется обеспечивать:
- расположение кольцевого резонатора вблизи места крепления ЧЭ;
- отношение радиуса ИМ к радиусу пластины
яИМ/я = 3/5-
Получив оптимальный размер ИМ (под оптимальностью ИМ понимается размер, при котором достигается максимальная чувствительность ЧЭ) и определив зону чувствительности, можно оценить динамический диапазон.
Таким образом, размещение топологии резонатора на противоположных сторонах ЧЭ, по окружности и вблизи места крепления ЧЭ к корпусу, расположение ИМ цилиндрической формы по центру ЧЭ, обеспечение отношения радиуса ИМ к радиусу пластины равным 3/5 приводит к повышению пороговой чувствительности.
В табл. 2 представлены результаты расчетов, аналогичные табл. 1, для КВШП с ЧЭ в напря-
женно-деформированном инерционной массой состоянии при оптимальных размерах ИМ для каждого материала и расположения резонатора в зоне наибольшей чувствительности.
Результаты пересчета внутренних напряжений в значения выходного сигнала датчика с ЧЭ в напряженно-деформированном состоянии представлены на рис. 10.
По результатам проделанной работы предложена блок-схема методики расчета ММА на ПАВ с кольцевым резонатором на анизотропном материале (рис. 11).
Методика разбивает расчет на 2 последовательных этапа: расчет механической части ЧЭ и расчет топологии КВШП. Для начала необходимо задать требуемые условия: рабочую частоту устройства, динамический диапазон, пороговую чувствительность, габариты и массу. Затем - выбрать материал и размер ЧЭ, рассчитать динамический диапазон. Расширить динамический диапазон можно выбрав другие материал или размер ЧЭ, а сузить - добавив инерционную массу
Далее необходимо провести анализ порога чувствительности: повысить его можно нагрузив чувствительный элемент ИМ. Переходить к расчету топологии КВШП целесообразно после рас-
Таблица 2. Характеристики ММА на ПАВ с ЧЭ в напряженно-деформированном состоянии Table 2. Characteristics of а micromechanical accelerometer using SAW with sensing element in the tense deformed state
Параметр R2/h, мм
25 100 200 400
Кварц ST-среза
Масштабный коэффициент (дифференциальный режим), кГц/g 1.48 6.69 13.81 27.58
Диапазон измеряемых ускорений, g ±200 и более ±200 и более ±177 ±95
Порог чувствительности, g 0.29 0.063 0.031 0.016
Ниобат лития среза YX-1280
Масштабный коэффициент (дифференциальный режим), кГц/g 0.39 1.73 3.70 7.43
Диапазон измеряемых ускорений, g ±200 и более ±200 и более ±167 ±84
Порог чувствительности, g 1.08 0.24 0.11 0.06
Рис. 10. Выходные характеристики ЧЭ в напряженно-деформированном состоянии
Fig. 10. The output characteristics of the sensing element in in the tense deformed state
(Начало)
Расчет
Техническое задание:
- рабочая частота;
- динамический диапазон;
- пороговая чувствительность
- габариты, масса
Расчет топологии КВШП
(Конец )
Рис. 11. Блок-схема методики расчета ММА с кольцевым ПАВ-резонатором на анизотропном материале
Fig. 11. Block diagram of the calculation method of the micromechanical accelerometer on SAW with a ring resonator
using an anisotropic material
чета механической части ЧЭ, так как от нее зависит длина преобразователя. Расчет апертуры и выбор периода КВШП являются важнейшими этапами при проектировании, так как от них зависит качество выходного сигнала.
Заключение. В описанной работе исследованы материалы для ЧЭ ММА на ПАВ: кварц ST-среза и ниобат лития среза YX-1280. Анализ материалов подложек для использования их в составе конструкции ММА на ПАВ показал, что ЧЭ из кварца ST-среза имеет более широкий диапазон измеряемых ускорений и более высокий порог чувствительности, чем ЧЭ из ниобата лития среза YX-128° при прочих равных условиях.
Для повышения порога чувствительности необходимо: размещать топологию ВШП-резонатора на противоположных сторонах ЧЭ, по окружности и вблизи места крепления ЧЭ к корпусу, а также нагружать ЧЭ ИМ цилиндрической формы, расположенной соосно ЧЭ по вертикали. Отношение радиуса ИМ к радиусу пластины должно составлять 3/5.
Для получения максимально узкого пика амплитудно-частотной характеристики резонатора ЧЭ акселерометра необходимо учитывать анизотропию материала ЧЭ неэквидистантностью встречно-штыревого преобразователя. При проектировании КВШП следует выполнять условия
» W > 0.0lV/Rcp min.
Авторский вклад
Лукьянов Дмитрий Павлович - обзор использования ММА на ПАВ в составе системы диагностики железной дороги; обоснование принципа построения ММА на ПАВ.
Боронахин Александр Михайлович - обзор использования ММА на ПАВ в составе системы диагностики железной дороги; формулировка технических требований к ММА на ПАВ с учетом условий эксплуатации в составе системы диагностики.
Шевченко Сергей Юрьевич - обзор существующих МЭМС; основы концепции построения ММА на ПАВ.
Хиврич Мария Александровна - концепция построения ММА на ПАВ с кольцевым резонатором на анизотропном материале; расчеты; блок-схема; выходная характеристика.
Амиров Темурмалик Анвар угли- обзор существующих МЭМС.
Authors' contribution
Dmitry P. Lukyanov, a review of the use of MMA on SAW as part of a railway diagnostic system; substantiation of the principle of building MMA on SAW.
Alexander M. Boronakhin, a review of the use of MMA on SAW as part of a railway diagnostic system; formulation of technical requirements for MMA on SAW, taking into account operating conditions as part of the diagnostic system.
Sergey Yu. Shevchenko, review of existing MEMS; fundamentals of the concept of building MMA on SAW.
Mariya A. Khivrich, the concept of building MMA on SAW with a ring resonator on anisotropic material; calculations; block diagram; output characteristic.
Temurmalik A. Amirov, review of existing MEMS.
Список литературы
1. Mounier E., Troadec C., Girardin G. Status of the MEMS industry 2016. Yole Développement. Market and Technology report. 2016. 5 p.
2. Mounier E. Status of the MEMS industry 2017. Yole Developpement. Market and Technology report.
2017. 4 p.
3. Mounier E. Status of the MEMS industry 2018. Yole Developpement. Market and Technology report.
2018. 4 p.
4. Использование МЭМС-датчиков для решения задач мониторинга состояния рельсового пути / А. М. Бо-ронахин, Д. Ю. Ларионов, Л. Н. Подгорная, А. Н. Ткачен-ко, Р. В. Шалымов // Изв. Тульского гос. ун-та. Техн. науки. 2017. № 9 (2). С. 111-123.
5. Сунгуров Д. В., Шалымов Р. В. Инерциальный метод диагностики рельсового пути с учетом состояния поверхностей катания колес вагона // Навигация и управление движением: материалы XVI конф. молодых ученых / Концерн "ЦНИИ "Электроприбор". СПб., 2014. С. 49-55.
6. Использование микромеханических чувствительных элементов в задачах диагностики рельсового пути / А. М. Боронахин, Л. Н. Подгорная, Е. Д. Бох-ман, Н. С. Филипеня, Ю. В. Филатов, Р. В. Шалымов, Д. Ю. Ларионов // Гироскопия и навигация. 2012. № 1 (76). С. 57-66.
7. Абдуллин Ф. А., Пауткин В. Е. Технологические особенности формирования кремниевых пьезорези-стивных акселерометров с расширенным температурным диапазоном измерений // Измерение. Мониторинг. Управление. Контроль. 2016. № 2. С. 118-123.
8. Абдуллин Ф. А., Пауткин В. Е., Печерский А. В. Материалы, применяемые при изготовлении микроэлектромеханических систем (МЭМС) // Материалы и технологии XXI в. 2016. С. 131-136.
9. Багинский И. Л., Косцов Э. Г. Емкостные МЭМС-акселерометры сверхвысоких ускорений // Автометрия. 2017. Т. 53, № 3. С. 107-116.
126
10. Парфенов Н. М. Аналитические исследования интегральных МЭМС-акселерометров // Нано- и микросистемная техника. 2016. Т. 18, № 2. С. 96-109.
11. Сысоева С. Автомобильные акселерометры. Ч. 3. Классификация и анализ базовых рабочих принципов // Компоненты и технологии. 2006. № 2. С. 42-49.
12. Петропавловский Ю. Современные МЭМС-продукты компании AnalogDevices. Ч. 2 // Элементы и компоненты. 2015. № 7. С. 24-29.
13. Сысоева С. МЭМС-технологии. Простое и доступное решение сложных систематических задач // Электроника: Наука, Технология, Бизнес. 2009. № 7. С. 80-89.
14. Сысоева С. Введение в High-End сегменты применения МЭМС-технологии // Компоненты и технологии. 2010. № 10. С. 15-22.
15. Одинец А. И., Федорова Л. Д. Датчики МЭМС для управления и диагностирования автомобиля // Омский науч. вестн. 2015. № 2. С. 177-179.
16. Design of a Piezoelectric Accelerometer with High Sensitivity and Low Transverse Effect / B. Tian, H. Liu, N. Yang, Yu. Zhao, Zh. Jiang // Sensors. 2016. № 16. 1587. doi: 10.3390/s16101587
17. Design Strategy for a New High-G Accelerometer / R. Kuells, S. Nau, Ch. Bohland, M. Salk, K. Thoma // Proc. Sensor. 2013. P. 105-110. doi: 10.5162/sensor2013/A5.1
18. Разработка и оптимизация схемы построения микроакселерометра на поверхностных акустических волнах. Ч. 2 / Д. П. Лукьянов, А. А. Тихонов, Ю. В. Филатов, М. М. Шевелько, А. Г. Поваляев, С. Ю. Шевченко, А. А. Стуров, И. В. Попова, А. М. Лестев, М. А. Лестев, В. В. Новиков, М. С. Вершинин // Гироскопия и навигация. 2007. № 3 (58). С. 62-76.
19. Biryukov S. V., Martin G., Weihnacht M. Ring waveguide resonator on surface acoustic waves // Appl. phys. lett. 2007. Vol. 90, iss. 13. doi: 10.1063/1.2731683
20. Ring waveguide resonator on surface acoustic waves: First experiments / S. V. Biryukov, H. Schmidt, A. V. Sotnikov, M. Weihnacht, T. Yu. Chemekova, Yu. N. Ma-karov // J. of applied physics. 2009. Vol. 106, iss. 12. doi: 10.1063/1.3272027.
21. Biryukov S. V., Schmidt H., Weihnacht M. Performance of SAW Ring Waveguide Resonator: 3D FEM and Experiments // 2009 IEEE Int. Ultrasonics Symp. Rome, Italy, 20-23 Sept. 2009. doi: 10.1109/ULTSYM.2009. 5441445
22. Хиврич М. А., Шевченко С. Ю. Моделирование чувствительного элемента микромеханического акселерометра для высокодинамичных объектов методом конечных элементов // Междунар. конф. по мягким вычислениям и измерениям. 2018. Т. 1. С. 615-617.
23. Хиврич М. А., Кудряшова М. С., Шевченко С. Ю. Анализ чувствительного элемента микромеханического акселерометра на поверхностных акустических волнах // Навигация и управление движением: конф. молодых ученых / Концерн "ЦНИИ "Электроприбор". СПб., 2018. С. 108-112.
24. Surface-acoustic-wave sensor design for acceleration measurement / S. Shevchenko, A. Kukaev, M. Khivrich, D. Lukyanov // Sensors. 2018. Vol. 18, № 7. art. no. 2301. doi: 10.3390/s18072301
25. Shevchenko S. Yu., Khivrich M. A., Markelov O. A. Ring-shaped sensitive element design for acceleration measurements: overcoming the limitations of angular-shaped sensors // Electronics. 2019. Vol. 8, № 2. art. no. 141. doi: 10.3390/electronics8020141
Информация об авторах
Лукьянов Дмитрий Павлович - доктор технических наук (1974), профессор (1979) кафедры лазерных измерительных и навигационных систем (ЛИНС) Санкт-Петербургского государственного электротехнического университета "ЛЭТИ" им. В. И. Ульянова (Ленина). Заслуженный деятель науки РФ (1996). Автор более 200 научных публикаций. Сфера научных интересов - лазерная гироскопия.
Адрес: Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет "ЛЭТИ" им. В. И. Ульянова (Ленина), ул. Профессора Попова, д. 5, Санкт-Петербург, 197376, Россия. E-mail: dplukyanov@mail.ru https://orcid.org/0000-0001-8171-4475
Александр Михайлович Боронахин - доктор технических наук (2013), доцент (2005), профессор кафедры ЛИНС, декан факультета информационно-измерительных и биотехнических систем Санкт-Петербургского государственного электротехнического университета "ЛЭТИ" им. В. И. Ульянова (Ленина). Автор более 120 научных публикаций. Сфера научных интересов - разработка интегрированных инерциаль-ных технологий динамического мониторинга рельсового пути для обеспечения безопасности движения железнодорожного транспорта.
Адрес: Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет "ЛЭТИ" им. В. И. Ульянова
(Ленина), ул. Профессора Попова, д. 5, Санкт-Петербург, 197376, Россия.
E-mail: AMBoronahin@etu.ru
Scopus Author ID: 36453475400
Researcher ID: P-5768-2017
Шевченко Сергей Юрьевич - кандидат технических наук (2007), доцент (2013) кафедры ЛИНС Санкт-Петербургского государственного электротехнического университета "ЛЭТИ" им. В. И. Ульянова (Ленина). Автор более 80 научных публикаций. Сфера научных интересов - микросенсоры навигационных систем. Адрес: Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет "ЛЭТИ" им. В. И. Ульянова (Ленина), ул. Профессора Попова, д. 5, Санкт-Петербург, 197376, Россия. E-mail: syshevchenko@mail.ru https://orcid.org/0000-0002-4047-7757
Хиврич Мария Александровна - магистр по направлению "Приборостроение" (2014). В 2018 г. окончила аспирантуру по направлению "Фотоника, приборостроение, оптические и биотехнические системы и технологии" (Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет "ЛЭТИ" им. В. И. Ульянова (Ленина)). Разработчик технической документации АО "Авро-МКС". Автор 10 научных публикаций. Сфера научных интересов - навигация, микромеханические системы.
Адрес: АО "Авро-МКС", ул. Обручевых, д. 9, Санкт-Петербург, 194064, Россия.
E-mail: Mariya-khivrich@yandex.ru
https://orcid.org/0000-0002-5152-3480
Амиров Темурмалик Анвар угли - бакалавр по направлению "Электроэнергетика и электротехника" (2018, Ташкентский Государственный Технический Университет им. Ислама Каримова, Ташкент, Узбекистан). Сфера научных интересов - МЭМС; акселерометры и гироскопы; акселерометры и гироскопы на поверхностных акустических волнах.
Адрес: ул. Университетская, д. 2, Ташкент, 100095, Узбекистан. E-mail: a.temurmalik95@mail.ru https://orcid.org/0000-0003-1070-5453
References
1. Mounier E., Troadec C., Girardin G. Status of the MEMS industry 2016. Yole Developpement. Market and Technology report. 2016, 5 p.
2. Mounier E. Status of the MEMS industry 2017. Yole Developpement. Market and Technology report. 2017, 4 p.
3. Mounier E. Status of the MEMS industry 2018. Yole Developpement. Market and Technology report. 2018, 4 p.
4. Boronakhin A. M., Larionov D. Yu., Podgornaya L. N., Tkachenko A. N., Shalymov R. V. Using MEMS-Sensors for Solving the Railway State Monitoring Problems. Izvestiya Tula State University [Proc. of the TSU]. Technical sciences. 2017, no. 9 (2), pp. 111-123. (In Russ.)
5. Sungurov D. V., Shalymov R. V. Inertial Method for Diagnosing a Rail Track, Taking into Account the Condition of the Rolling Surfaces of the Car Wheels. Proc. of the XVI Conf. Young Scientists Navigation and Traffic Control. Concern CRI Elektropribor. SPb., 2014, pp. 49-55. (In Russ.)
6. Boronakhin A. M., Podgornaya L. N., Bokhman E. D., Filipenya N. S., Filatov Yu. V., Shalymov R. V., Larionov D. Yu. MEMS-Based Inertial System for Railway Track Diagnostics. Gyroscopy and Navigation. 2012, no. 1 (76), pp. 57-66. (In Russ.)
7. Abdullin F. A., Pautkin V. E. Technological Features of the Formation of Silicon Piezoresistive Accelerometers with Extended Temperature Range of Measures. Measuring. Monitoring. Management. Control 2016, no. 2, pp. 118-123. (In Russ.)
8. Abdullin F. A., Pautkin V. E., Pecherskii A. V. Materials Used in the Manufacture of Micro-Electromechanical Systems (MEMS). Proc. of the 21st Century Materials and Technologies. 2016, pp. 131-136. (In Russ.)
9. Balaginsky I. L., Kostsov E. G. Capacitive MEMS Accelerometers for Measuring High-G Accelerations. Avtometria. 2017, vol. 53, no. 3, pp. 107-116. (In Russ.) doi: 10.15372/AUT20170314
10. Parfyonov N. M. Analytical Research of the Integral MEMS Accelerometers. Nano- and Microsystems Technology. 2016, vol. 18, no. 2, pp. 96-109. (In Russ.)
11. Sysoeva S. Car accelerometers. P. 3. Classification and Analysis of Basic Operating Principles. Components & Technologies. 2006, no. 2, pp. 42-49. (In Russ.)
12. Petropavlovsky Yu. Modern MEMS Products from AnalogDevices. P. 2. Elements and Components. 2015, no. 7, pp. 24-29. (In Russ.)
13. Sysoeva S. MEMS Technology. A Simple and Available Solution for Complex System Tasks. Electronics: STB. 2009, no. 7, pp. 80-89. (In Russ.)
14. Sysoeva S. Introduction to High-End MEMS Technology Segments. Components & Technologies. 2010, no. 10, pp. 15-22. (In Russ.)
15. Odinets A. I., Fedorova L. D. MEMS Sensors for Vehicle Control and Diagnostics. Omsk Scientific Bulletin. 2015, no. 2, pp. 177-179. (In Russ.)
16. Tian B., Liu H., Yang N., Zhao Yu., Jiang Zh. Design of a Piezoelectric Accelerometer with High Sensitivity and Low Transverse Effect. Sensors. 2016, no. 16, 1587. doi: 10.3390/s16101587
17. Kuells R., Nau S., Bohland Ch., Salk M., Thoma K. Design Strategy for a New High-G Accelerometer. Proc. Sensor 2013, pp. 105-110. doi: 10.5162/sensor2013/A5.1
18. Lukianov D. P., Tikhonov A. A., Filatov Yu. V., Shevelko M. M., Povalyaev A. G., Shevchenko S. Yu., Stur-ov A. A., Popova I. V., Lestev A. M., Lestev M. A., Novikov V. V., Vershinin M. S. Development and Optimization of the Surface Acoustic-Waves Microaccelerometer Construction Scheme. Part 2. Gyroscopy and Navigation. 2007, no. 3 (58), pp. 62-76. (In Russ.)
19. Biryukov S. V., Martin G., Weihnacht M. Ring Waveguide Resonator on Surface Acoustic Waves. Applied Physics Letters. 2007, vol. 90, iss. 13. doi: 10.1063/1.2731683
20. Biryukov S. V., Schmidt H., Sotnikov A. V., Weihnacht M., Chemekova T. Yu., Makarov Yu. N. Ring Waveguide Resonator on Surface Acoustic Waves: First Experiments. J. of applied physics. 2009, vol. 106, iss. 12. doi: 10.1063/1.3272027
21. Biryukov S. V., Schmidt H., Weihnacht M. Performance of SAW Ring Waveguide Resonator: 3D FEM and Experiments. 2009 IEEE Int. Ultrasonics Symp. Rome, Italy, 20-23 Sept. 2009. doi: 10.1109/ULTSYM.2009. 5441445
22. Khivrich M.A., Shevchenko S.Yu. Modeling a Sensitive Element of a Micro-Mechanical Accelerometer for Highly Dynamic Objects Using the Finite Element Method. Proc. of the Intern. Conf. on Soft Calculations and Measurements. 2018, vol. 1, pp. 615-617. (In Russ.)
23. Khivrich M. A., Kudryashova M. S., Shevchenko S. Yu. Analysis of a Sensitive Element of a Micromechanical Accelerometer on Surface Acoustic Waves. Conf. of Young Scientists Navigation and Motion Control. SPb., 2018, pp. 108-112. (In Russ.)
24. Shevchenko S., Kukaev A., Khivrich M., Lukyanov D. Surface-Acoustic-Wave Sensor Design for Acceleration Measurement. Sensors. 2018, vol. 18, no. 7, art. no. 2301. doi: 10.3390/s18072301
25. Shevchenko S. Yu., Khivrich M. A., Markelov O. A. Ring-Shaped Sensitive Element Design for Acceleration Measurements: Overcoming the Limitations of Angular-Shaped Sensors. Electronics, 2019, vol. 8, no. 2, art. no. 141. doi: 10.3390/electronics8020141
Information about the authors
Dmitry P. Lukyanov, Dr. Sci. (Eng.) (1974), Professor (1979) of the Department of Department of Laser Measurement and Navigation Systems of Saint Petersburg Electrotechnical University. Honored Scientist of the Russian Federation (1996). The author of more than 200 scientific publications. Area of expertise: laser gyroscopy.
Address: Saint Petersburg Electrotechnical University, 5 Professor Popov Str., St Petersburg 197376, Russia
E-mail: dplukyanov@mail.ru
https://orcid.org/0000-0001-8171-4475
Alexander M. Boronakhin, Dr. Sci. (Eng.) (2013), Associate Professor (2005), of the Department of Department of Laser Measurement and Navigation Systems of Saint Petersburg Electrotechnical University. The author of more than 120 scientific publications. Area of expertise: development of integrated inertial technologies for dynamic monitoring of the rail track to ensure the safety of rail traffic.
Address: Saint Petersburg Electrotechnical University, 5 Professor Popov Str., St Petersburg 197376, Russia E-mail: AMBoronahin@etu.ru Scopus Author ID: 36453475400 Researcher ID: P-5768-2017
Sergey Yu. Shevchenko, Cand. Sci. (2007), Associate Professor (2013) of the Department of Department of Laser Measurement and Navigation Systems of Saint Petersburg Electrotechnical University. The author of more than 80 scientific publications. Area of expertise: microsensors of navigation systems. Address: Saint Petersburg Electrotechnical University, 5 Professor Popov Str., St Petersburg 197376, Russia E-mail: syshevchenko@mail.ru https://orcid.org/0000-0002-4047-7757
Mariya A. Khivrich, Master on Instrument Engineering (2014). In 2018, she completed postgraduate studies in the field of "Photonics, Instrument Engineering, Optical and Biotechnological Systems and Technologies" (Saint Petersburg Electrotechnical University). Technical documentation developer in JSC Avro-MKS. The author of 10 scientific publications. Area of expertise: navigation, micromechanical systems. Address: JSC "Avro-MKS", 9 Obruchevykh Str., St Petersburg 194064, Russia E-mail: Mariya-khivrich@yandex.ru https://orcid.org/0000-0002-5152-3480
Temurmalik A. Amirov, Bachelor in Electrical Engineering and Electrical Engineering (2018, Tashkent state technical University Named after Islam Karimov). Area of expertise: MEMS; accelerometers and gyroscopes; accel-erometers and gyroscopes on surface acoustic waves.
Address: Tashkent state technical University Named after Islam Karimov, 2 Universitetskaya Str., Tashkent 100095, Uzbekistan
E-mail: a.temurmalik95@mail.ru https://orcid.org/0000-0003-1070-5453
