CC BY
36
Kiselyova Ekaterina Yurievna
National Research University of Resource-Effective Technologies “Tomsk polytechnic
university”, Siberian state medical university.
E-mail: eka.kiselyova@gmail.com.
30, Lenin ave., Tomsk, 634050, Russia, Phone: (3822)419605.
Department of Industrial and Medical Electronics, assistant.
Толмачев Иван Владиславович
Сибирский государственный медицинский университет Росздрава.
E-mail: ivantolm@mail.ru.
634050, г. Томск, Московский тракт, 2, тел.: (3822)420952.
Кафедра медицинской и биологической кибернетики, ассистент.
Tolmachev Ivan Vladislavovich
Siberian state medical university.
E-mail: ivantolm@mail.ru.
2, Moskowskiy road, Tomsk, 634050, Russia, Phone: (3822)420952.
Department of Medical and Biological Cybernetics, assistant.
УДК 621.3.049.77
И.Е. Лысенко, А.С. Бегун
МИКРО- И НАНОСИСТЕМЫ ДЛЯ МОНИТОРИНГА ПАРАМЕТРОВ ДВИЖЕНИЯ ТЕЛА ЧЕЛОВЕКА
Описана интегральная конструкция микромеханического акселерометра и схема операционного усилителя для обработки сигналов емкостного преобразователя перемещения. Выполнено моделирование разработанной микросистемы.
Конструкция; микроэлектромеханические системы; акселерометры; микроэлектроника.
I.E. Lysenko, A.S. Begun MIKRO - AND NANOSYSTEMS FOR MONITORING OF PARAMETERS OF MOVEMENT OF THE BODY OF THE PERSON
The integrated design micromechanical акселерометра with the scheme of the operational amplifier for processing of signals of the capacitor converter peremeshche-nija is described. Modelling of the developed microsystem is executed.
Design; microelectromechanical systems; akselerometr; microelectronics.
В настоящее время одной из тенденций развития микроэлектронной аппаратуры медицинского назначения, в частности средств мониторинга опорнодвигательного аппарата, является применение в ней микро- и наносистем. Стандартные системы мониторинга параметров движения тела человека на основе оптоэлектронных, магнитных и ультразвуковых технологий позволяют с достаточной точностью отслеживать все параметры движения, но они по-прежнему остаются дорогостоящими и нуждаются в квалифицированном обслуживающем персонале.
Прогресс в развитии микросистемной техники позволяет создавать системы мониторинга параметров движения тела человека с приемлемыми массогабаритными характеристиками и низким потреблением энергии, позволяющими осуществлять амбулаторное наблюдение за пациентом.
Краткие сообщения
В данной работе разработаны конструкция и технологический маршрут изготовления микромеханического акселерометра, изготавливаемого в рамках технологии поверхностной микрообработки, а также схема операционного усилителя для обработки сигналов емкостного преобразователя перемещения.
Операционный усилитель содержит входной дифференциальный каскад, который преобразует входной дифференциальный сигнал в выходной ток, поступающий на интегрирующее звено. Выходной каскад является усилителем мощности и представляет собой повторитель напряжения.
Дифференциальный каскад выполнен на транзисторах Т1, Т2, T3, Т4, Т5. Транзисторы Т2, Т5 образуют дифференциальный усилитель, а Т1 и Т4 являются его динамической нагрузкой. Выходным сигналом первого каскада является ток, который поступает в интегрирующее звено, выполненное на транзисторах Т6 и Т7, стабилитроне D1, диодах D2, D3 и резисторе R2. Выходным сигналом интегратора тока является напряжение, которое поступает на повторитель напряжения, выполненный на транзисторах Т8 и Т9 по схеме с эмиттерной нагрузкой.
Моделирование схемы проводилось в программном комплексе OrCAD. Схема операционного усилителя для обработки сигналов емкостного преобразователя перемещений была составлена из выпускаемых промышленностью компонентов, близких по параметрам к проектным. Моделирование проводилось следующим образом: на неинвертирующий вход усилителя последовательно были подключены источник переменного напряжения и конденсатор. Номинал конденсатора был выбран исходя из той емкости, которую имеет датчик перемещения в состоянии покоя. При этом с выхода усилителя снимались показания.
Работа выполнена при финансовой поддержке Министерства образования и науки Российской Федерации (ГК № П1224 от 27.08.2009г.).
Лысенко Игорь Евгеньевич
Технологический институт федерального государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Южный федеральный университет» в г. Таганроге.
E-mail: kes@fep.tsure.ru.
347928, г. Таганрог, пер. Некрасовский, 44, тел.: (8634)371603.
Кафедра конструирования электронных средств, доцент, к.т.н.
Lysenko Igor Evgenevich
Taganrog Institute of Technology - Federal State-Owned Educational Establishment of Higher Vocational Education “Southern Federal University”.
E-mail: kes@fep.tsure.ru.
44, Nekrasovskiy, Taganrog, 347928, Russia, Phone: (8634)371603.
Department of Electronic Apparatuses Design, assistant professor, Cand. Eng. Sc.
Бегун Александр Сергеевич
Технологический институт федерального государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Южный федеральный университет» в г. Таганроге.
E-mail: kes@fep.tsure.ru.
347928 г. Таганрог, пер. Некрасовский, 44, (8634)371603.
Кафедра конструирования электронных средств, студент.
Bedun Alexandr Sergeevich
Taganrog Institute of Technology - Federal State-Owned Educational Establishment of Higher Vocational Education “Southern Federal University”.
E-mail: kes@fep.tsure.ru.
44, Nekrasovskiy, Taganrog, 347928, Russia, Phone: (8634)371603.
Department of Electronic Apparatuses Design, student.
УДК 621.3.049.77
И.Е. Лысенко, А.М. Россихин
МИКРО- И НАНОМЕХАНИЧЕСКИЕ ЗЕРКАЛА ДЛЯ ЛАБОРАТОРИЙ-НА-КРИСТАЛЛЕ
Описана интегральная конструкция микромеханического зеркала с электростатической активацией. Разработана математическая модель упругого подвеса зеркального элемента.
Конструкция; микрооптикоэлектромеханические системы; зеркала; лаборатории-на-кристалле.
I.E. Lysenko, A.M. Rossikhin
MIKRO - AND NANOMEHANICHESKY MIRRORS FOR LABORATORIES-ON-CRYSTALS
The integrated design of a micromechanical mirror with elektrostati-cheskoj activation is described. The mathematical model elastic подвеса a mirror element is developed.
Design; microoptoelectromehanichesky systems; mirrors; laboratories-on-crystals.
Лаборатории-на-кристалле предназначены для проведения различных химических и физических процессов со сверхмалыми объемами и количествами веществ неорганической и органической природы, находящихся в жидком или газообразном состоянии, с высокой степенью локализации воздействия. Детектор ла-бораторий-на-кристалле является преобразователем концентрации анализируемого вещества, растворенного в подвижной фазе, в электрический сигнал. Для детектирования компонентов пробы может быть использовано любое физикохимическое свойство подвижной фазы, например поглощение света или излучение света, которое изменяется при наличии в ней молекул разделяемых соединений. Изменение направления оптического сигнала детектора путем отражения от рефлективной поверхности требует применения микромеханических зеркал. В некоторых случаях возникает необходимость применения микрозеркал с нанораз-мерными упругими элементами, такими, как углеродные нанотрубки.
В данной работе разработана конструкция, аналитическая и численная модели микромеханического зеркала с электростатической активацией, изготавливаемого в рамках технологии поверхностной обработки.
Принцип работы разработанного микромеханического зеркала заключается в следующем: при подаче отклоняющего напряжения на подвижный электрод, относительно неподвижного, на упругий подвес начинает действовать крутящий момент силы. Зеркальный элемент отклоняется от своего первоначального положения. Если толщина пальцев подвижного и неподвижного электродов превышает величину зазора между ними, то крутящий момент может быть определен без учета краевых полей. В этом случае величина емкости между подвижным и неподвижным электродами будет пропорциональна площади перекрытия электродов.
При помощи программного комплекса ANSYS были проведены модальный и электростатический анализ. В электростатическом анализе мы исследовали, как
