CC BY
7Приборы и системы измерения на основе акустических, оптических и радиоволн
УДК 531.768 Научная статья
https://doi.org/10.32603/1993-8985-2023-26-2-89-100
Оптимальный габаритный параметр кольцевого резонатора на поверхностных акустических волнах
С. Ю. Шевченко121, Д. А. Михайленко
Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет "ЛЭТИ"
им. В. И. Ульянова (Ленина), Санкт-Петербург, Россия
2 syshevchenko@mail.ru
Аннотация
Введение. В предыдущих работах авторами рассматривались частотные характеристики чувствительных элементов из различных материалов в виде кольцевого резонатора на поверхностных акустических волнах, способы их закрепления в корпусе, влияние внешних факторов на чувствительные элементы и оптимальная топология встречно-штыревого преобразователя кольцевого резонатора. На следующем этапе возникла необходимость исследования зависимости чувствительности и максимально испытываемого ускорения от габаритов чувствительного элемента, а также анализа характеристик изготовленных экспериментальных образцов и сравнения их с результатами моделирования.
Цель работы. Определение оптимальных габаритов чувствительного элемента кольцевого резонатора и подтверждение адекватности моделей сравнением характеристик экспериментальных образцов с данными, полученными в результате компьютерного моделирования.
Материалы и методы. Применение метода конечных элементов и математическая обработка в AutoCAD и COMSOL Multiphysics.
Результаты. Предложено 3 габаритных размера чувствительного элемента кольцевого резонатора: 1500, 3000 и 4500 мкм. При помощи программного обеспечения COMSOL Multiphysics исследованы габаритные размеры чувствительных элементов из ниобата лития: частота резонанса для образца 1500 мкм составила 207.99 МГц, для образца 3000 мкм - 104.10 МГц и для образца 4500 мкм - 68.99 МГц. Было установлено, что максимально испытываемое ускорение для консоли с радиусом 1500 мкм составляет 191 132g, для радиуса 3000 мкм - 84 958g и для радиуса 4500 мкм - 37 514g. Представлены графики зависимости максимального ускорения и чувствительности от отношения радиуса консоли к ее высоте. Подтверждена адекватность модели: частота резонанса для экспериментального образца 1500 мкм составила 218.17 МГц (расхождение с компьютерным моделированием 4.67 %), для образца 3000 мкм - 109.23 МГц (4.69 %) и для образца 4500 мкм - 72.88 МГц (5.34 %).
Заключение. Чувствительность и максимальное выдерживаемое ускорение чувствительного элемента кольцевого резонатора на поверхностных акустических волнах прямо зависит от отношения радиуса консоли к ее высоте, причем чем выше чувствительность, тем ниже ускорение. Для каждого материала данные зависимости уникальны. Размер шины встречно-штыревого преобразователя слабо влияет на частотные характеристики. Ранее представленное компьютерное моделирование удалось подтвердить экспериментальными образцами с расхождением частот резонанса менее, чем 5.5 %.
Ключевые слова: микроэлектромеханические системы, микромеханический акселерометр, чувствительный элемент, кольцевой резонатор, поверхностные акустические волны, встречно-штыревой преобразователь Для цитирования: Шевченко С. Ю., Михайленко Д. А. Оптимальный габаритный параметр кольцевого резонатора на поверхностных акустических волнах // Изв. вузов России. Радиоэлектроника. 2023. Т. 26, № 2. С. 89-100. doi: 10.32603/1993-8985-2023-26-2-89-100
Конфликт интересов. Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.
Статья поступила в редакцию 12.10.2022; принята к публикации после рецензирования 01.03.2023; опубликована онлайн 28.04.2023
Measuring Systems and Instruments Based on Acoustic, Optical and Radio Waves
Original article
Optimal Overall Dimensions of a Surface Acoustic Waves Ring Resonator
Sergey Yu. Shevchenko2, Denis A. Mikhailenko
Saint Petersburg Electrotechnical University, St Petersburg, Russia
2 syshevchenko@mail.ru
Abstract
Introduction. In previous works, the authors considered the frequency characteristics of sensitive elements made of various materials in the form of a ring resonator on surface acoustic waves (SAW), along with their fixing methods in the housing, the influence of external factors, and an optimal topology of the interdigital transducer of the ring resonator. Further, the need arose to study the dependence of the sensitivity of the sensitive element and the maximum acceleration load on its dimensions, as well as to analyze the characteristics of the manufactured experimental samples in comparison with the simulated values.
Aim. To determine optimal dimensions of the sensitive element of a ring resonator and to confirm the adequacy of the constructed models by comparing the characteristics of experimental samples with those obtained by computer simulation.
Materials and methods. The theoretical part of the research was carried out using the finite element method. Mathematical processing was implemented in AutoCAD and COMSOL Multiphysics.
Results. Three overall dimensions of the sensitive element of a ring resonator were proposed: 1500, 3000 and 4500 ^m. The characteristics of sensitive elements made of lithium niobate with the above dimensions were studied. Thus, the resonance frequency for 1500, 3000 and 4500 ^m samples comprised 207.99, 104.10 and 68.99 MHz, respectively. The maximum acceleration experienced by a cantilever with a radius of 1500, 3000 and 4500 ^m was found to be 191 132, 84 958 and 37 514g, respectively. Dependence graphs of the maximum acceleration and sensitivity on the ratio of the radius of the console to its height are presented. The adequacy of the constructed model was confirmed, i. e., the resonance frequency for 1500, 3000 and 4500 ^m experimental samples comprised 218.17 MHz (4.67 % discrepancy with computer simulation), 109.23 MHz (4.69 %) and 72.88 MHz (5.34 %), respectively.
Conclusion. The sensitivity and maximum acceleration load of the sensitive element of a SAW ring resonator directly depends on the ratio of the cantilever radius to its height, with higher sensitivity values correlating to lower values of maximum acceleration load. For each material, these dependencies are unique. The interdigital transducer bus size has little effect on the frequency response. The previously presented simulations were confirmed by experimental samples with a difference in resonance frequencies of less than 5.5 %.
Keywords: microelectromechanical systems, micromechanical accelerometer, sensitive element, ring resonator, surface acoustic waves, interdigital transducer
For citation: Shevchenko S. Yu., Mikhailenko D. A. Optimal Overall Dimensions of a Surface Acoustic Waves Ring Resonator. Journal of the Russian Universities. Radioelectronics. 2023, vol. 26, no. 2, pp. 89-100. doi: 10.32603/1993-8985-2023-26-2-89-100
Conflict of interest. The authors declare no conflicts of interest. Submitted 12.10.2022; accepted 01.03.2023; published online 28.04.2023
Введение. Микроэлектромеханические системы (МЭМС) - это технология создания микросхем с малыми механическими элементами, которая стала популярной благодаря глобальной тенденции миниатюризации.
МЭМС представляет собой концепцию, позволяющую уменьшить механические системы и объединить их с электрическими схемами. Итогом данных операций является физи-90
ческое устройство, в котором все компоненты взаимосвязаны и объединены для выполнения какого-либо функционала.
Главными преимуществами МЭМС являются:
- минимальные габариты. Все элементы МЭМС в большинстве случаев располагаются на одной плате;
- малая стоимость одного устройства. Производство МЭМС осуществляется на автомати-
зированных предприятиях массовой продукции. Чем большее количество однотипных устройств необходимо изготовить, тем ниже конечная стоимость одного устройства;
- низкое энергопотребление. Потребляемая мощность пропорциональна нагрузке и квадрату рабочего напряжения. Поскольку в МЭМС все мало, нагрузка также очень мала. В настоящее время напряжение в микроэлектросхемах составляет около 1.. .5 В и потребление энергии на уровне единиц ватт;
- высокая частота измерений (от нескольких килогерц и более).
МЭМС, несмотря на большое количество преимуществ, имеют и недостатки в виде малой точности и механической прочности, так как больше подвержены влиянию внешних воздействий.
По совокупности всех факторов микроэлектромеханические системы получили широкое распространение в потребительском сегменте, поскольку для данного сегмента цена конечного продукта является главным параметром. На сегодняшний день МЭМС представлены во всех сферах жизнедеятельности человека: робототехнике [1], медицине [2], транспорте [3], геологии [4], игровой индустрии [5], спорте [6].
Акселерометры также были реализованы по технологии МЭМС, благодаря чему сейчас они используются в автомобилях [7], смарт-часах [8], смартфонах [9], геймпадах [10], квадрокоптерах [11] и во многих других устройствах и системах. Классические микромеханические акселерометры (ММА) используют в своей конструкции упругий подвес. Эта особенность отражается в низкой виброустойчивости и ударопрочности чувствительных элементов ММА. Как следствие, это ограничивает применяемость данных устройств. Указанных недостатков можно избежать, используя ММА на поверхностных акустических волнах (ПАВ). В связи с тем, что в ММА на ПАВ используется жесткое закрепление чувствительного элемента (ЧЭ), позволяя выдерживать значительно большие перегрузки по сравнению с классическими МЭМС, у данного класса приборов появляются следующие преимущества в дополнение к классическим ММА [12, 13]:
- стабильность и надежность параметров;
- повторяемость характеристик.
Датчики на ПАВ получили наибольшее распространение как системы для анализа магнитного поля [14], контроля температуры [15], анализа газа [16] и контроля вибраций [17]. Благодаря множеству преимуществ при использовании приборов на акустических волнах вариативность построения датчиков практически безгранична [18, 19].
Исследования авторов статьи направлены на совершенствование конструкций ЧЭ прямоугольной и треугольной форм ММА на ПАВ, недостатком которых является одностороннее крепление консоли пьезоэлектрического элемента к корпусу датчика, вследствие чего нагрузка распределяется неравномерно. Ранее авторами была предложена конструкция ММА на ПАВ на основе ЧЭ кольцевой формы [20]. Были проведены исследования по закреплению консоли в корпусе датчика, определению материала ЧЭ, оценке частотных характеристик и влиянию внешних воздействий, таких, как чрезмерное ускорение и температура, на ЧЭ [21], определению оптимальной топологии структуры встречно-штыревого преобразователя (ВШП) [22]. Данная статья посвящена оценке оптимальных габаритных размеров ЧЭ с учетом технологических возможностей и с целью последующего корпусирования ЧЭ, а также сравнению характеристик экспериментальных образцов с данными, полученными с помощью моделирования.
Конструкция ЧЭ. Общий вид ЧЭ кольцевого резонатора взят из [21] с креплением консоли к корпусу с помощью силиконового клея (рис. 1). Резонатор состоит из двух кольцевых ВШП в форме конусов (2) и пьезоэлектрического кристалла, расположенного между преобразователями (1). Вся конструкция ограничена как по глубине, так и по радиусу демпфирующей средой для подавления паразитных отражений волн от внешних границ.
Общая схема ВШП с конусовидными электродами представлена на рис. 2. Используются следующие параметры ВШП: длина периода ВШП на внешнем крае апертуры составляет для первого случая 19.2 мкм, для второго - 38.4 мкм, для третьего - 57.6 мкм при угловом периоде преобразователя 0р = 1 и высоте к = 0.2 мкм.
91
а б
Рис. 1. Конструкция чувствительного элемента на поверхностных акустических волнах: a - общий вид; б - вид спереди (1 - консоль; 2 - встречно-штыревой преобразователь; 3 - силиконовый клей; 4 - корпус)
Fig. 1. The design of the sensitive element based on surface acoustic waves: a - general view; б - front view (1 - console; 2 - inter-digital transducer; 3 - silicone adhesive; 4 - case)
ставляет 1500 мкм для первого, 3000 мкм - для второго и 4500 мкм - для третьего случая. ВШП располагается [21] на расстоянии 1000, 2000 и 3000 мкм от центра консоли для каждого варианта исполнения соответственно. Использование нескольких вариантов габаритных параметров ВШП и консоли обусловлено тем, что, согласно законам физики, при увеличении площади поверхности консоль будет меньше деформироваться и, соответственно, уменьшится чувствительность датчика. Одна из целей описываемой работы - нахождение оптимальных габаритов кольцевого резонатора с точки зрения чувствительности датчика. Габаритные параметры ЧЭ, исследуемых в статье, представлены в табл. 1. Высота консоли, согласно техническим ха- Характеристики используемых материалов пред-рактеристикам пластин ниобата лития, использу- ставлены в табл 2-5
емых для печати экспериментальных образцов на Компьютерное моделирование. На первом
предприятищ равна 350 мкм. Вылет консоли со- этапе работы требуется определить частотные
Табл. 1. Габаритные параметры чувствительных элементов Tab. 1. Dimensions of sensitive elements
Рис. 2. Встречно-штыревой преобразователь с конусообразными электродами
Fig. 2. Interdigital transducer with cone-shaped electrodes
Параметр Значение
Внутренний радиус (Лх), мкм 1000 2000 3000
Внешний радиус (Л2), мкм 1120 2240 3360
Апертура (Ш), мкм 12 24 36
Длина периода на внешней части апертуры (9внеш), мкм 19.2 38.4 57.6
Угловой период (0р), .. 1
Высота ВШП (К), мкм 0.2
Расположение ВШП на консоли (Лз), мкм 1000 2000 3000
Радиус консоли (Ло), мкм 1500 3000 4500
Высота консоли (Ко), мкм 350
Известия вузов России. Радиоэлектроника. 2023. Т. 26, № 2. С. 89-100 Journal of the Russian Universities. Radioelectronics. 2023, vol. 26, no. 2, pp. 89-100
Табл. 2. Характеристики пьезоэлектрических материалов и силиконового клея
Tab. 2. Characteristics of piezoelectric materials and silicone adhesive
Параметр Срез YX/128° LiNbO3 Силиконовый клей
Скорость распространения волны, м/с 3961 -
Плотность, кг/м 4640 1700
Модуль упругости, Па 9 170109 25106
Коэффициент Пуассона 0.25 0.48
Предел прочности, Па 110106 -
Табл. 3. Матричный вид тензора упругости 4-го ранга среза YX/1280 ниобата лития, ГПа Tab. 3. Matrix form of the tensor of elasticity of the 4th rank of the cut YX/128° of lithium niobate, GPa
CEm1 CEm 2 CEm3 CE Л cm4 CEm5 CEm6
CE1n 202.900 69.985 57.842 12.846 0 0
CE2n 69.985 193.970 90.330 9.312 0 0
CE3n 57.842 90.330 221.160 8.003 0 0
CE4n 12.846 9.312 8.003 75.323 0 0
CEsn 0 0 0 0 56.860 -5.092
CE6n 0 0 0 0 -5.092 77.919
2
Табл. 4. Матрица связи среза YX/128° ниобата лития, См/м Tab. 4. Coupling matrix cut YX/128° of lithium niobate, S/m2
em1 em2 em3 em4 em5 em6
e1n 0 0 0 0 4.4724 0.2788
e2n -1.8805 4.4467 -1.5221 0.0674 0 0
e3n 1.7149 -2.6921 2.3136 0.6338 0 0
Табл. 5. Матрица относительной диэлектрической проницаемости среза YX/1280 ниобата лития Tab. 5. Cut YX/1280 of lithium niobate relative permittivity matrix
£rSml £rSm 2 SrSm3
ZrSln 43.6000 0 0
ZrS2 n 0 38.1270 -7.0055
ZrS3n 0 -7.0055 34.6330
характеристики для моделей с внутренним радиусом ВШП 2000 и 3000 мкм для последующего сравнения полученных данных с экспериментальными образцами. На рис. 3-5 пред-
ставлены частотные характеристики для различных видов исполнения ЧЭ.
Из рисунков видно, что графики частотных характеристик образцов имеют одинаковый
é? 002 ^0.015
£ 0.01
^ 0.005
0
JLi__к
194.89 200.89 206.89 212.89 218.89 224.89 Частота, МГц
Рис. 3. Реальная составляющая комплексной проводимости для ВШП с внутренним радиусом 1000 мкм [22]
Fig. 3. Real component of the complex conductivity for an
(.015 Г 0.01 0.005
tu
^ 0
1
A
91.6 96.6 101.6 106.6 111.6 116.6 121.6 Частота, МГц
Рис. 4. Реальная составляющая комплексной проводимости для ВШП с внутренним радиусом 2000 мкм
Fig. 4. Real component of the complex conductivity for
0.02
^ 0.01 -
62.99 65.49 67.99 70.49 72.99 75.49 77.99 Частота, МГц
Рис. 5. Реальная составляющая комплексной проводимости для ВШП с внутренним радиусом 3000 мкм
Fig. 5. Real component of the complex conductivity for an interdigital transducer with an inner radius of 3000 цт
вид, а частота резонанса смещена вследствие изменения длины периода ВШП. Частота резонанса для первого образца составляет 207.99 МГц [22], для второго - 104.10 МГц и 68.99 МГц - для третьего.
Следующим этапом работы является определение предельно допустимого ускорения и чувствительности каждого образца. В предыдущих работах [21, 22] за высоту консоли принималось значение, при котором ПАВ, распределяющиеся по основаниям подложки, не взаимодействовали друг с другом (7-8 длин волн).
Сейчас же экспериментальные образцы будут изготавливаться на подложке ниобата лития толщиной 350 мкм, поэтому для возможности сравнения данных необходимо повторное моделирование с новыми параметрами. На рис. 6 представлено распределение нагрузки по консоли для одного из образцов, на рис. 7 - графики распределения нагрузки по диаметральному срезу консоли для трех образцов, а на рис. 8 -график зависимости частоты от ускорения для трех образцов.
Исходя из рис. 7-8 можно сделать вывод, что при одинаковой высоте консоли чувствительность датчика будет расти при увеличении радиуса консоли. Зависимость чувствительности от отношения радиуса консоли к ее высоте можно представить в виде графика (рис. 9).
Максимально испытываемое ускорение для консоли с радиусом 1500 мкм составляет 191 132^, для радиуса 3000 мкм - 84 958g и для радиуса 4500 мкм - 37 514,е. Ускорение, кото-
Ускорение 40
Распределение нагрузки, Па 2
103 мкм
^5.18 х 107
п
-300
5.0 х 107
4.5
4.0
3.5
3.0
2.5
2.0
11..50 0.5
▼ 9.47 х 105
Рис. 6. Распределение нагрузки по консоли для ВШП с внутренним радиусом 2000 мкм Fig. 6. Load distribution over the console for an interdigital transducer with an inner radius of2000 um
0
-5 -10 -15 -20 -25 -
1000
2000
3000
Длина, мкм 4000 5000
6000
7000 8000
9000
- 1000 мкм
- 2000 - 3000
Рис. 7. График распределения нагрузки по диаметральному срезу консоли при ускорении в 40 000g Fig. 7. Graph of load distribution along the diametrical section of the console at an acceleration of 40
0
"MTflM
7
-40103 -30103 -20103
Ускорение, м/с2 -10103 0 10 103
20103
40103
f МГц
Рис. 8. График зависимости частоты от ускорения Fig. 8. Graph of frequency alteration under acceleration
— 10 мкм
- 20 - 30
15 10
¿5
as 5
0
300
100 200 Чувствительность, Гц/g
Рис. 9. График зависимости чувствительности от отношения радиуса консоли к ее высоте
Fig. 9. Dependence graph of sensitivity on the ratio of the radius of the console to its height
_L
_L
_L
0 50 000 100 000 150 000 200 000 Максимально испытываемое ускорение g Рис. 10. График зависимости максимального ускорения от отношения радиуса консоли к ее высоте
Fig. 10. Dependence graph of maximum acceleration on the ratio of the radius of the console to its height
рое способна выдержать консоль, зависит от отношения радиуса консоли к ее высоте. Данную зависимость можно также представить в виде графика (рис. 10).
Экспериментальные образцы. Чтобы изготовить экспериментальные образцы, согласно рекомендациям изготовителя внешняя и внутренняя шины ВШП были увеличены в радиусе до 100 мкм для возможности соединения их с контактной площадкой. Для оценки влияния увеличенных шин ВШП на частотные характеристики было проведено дополнительное моделирование. График частотной характеристи-
91.6 96.6 101.6 106.6 111.6 116.6 121.6 Частота, МГц Рис. 11. Реальная составляющая комплексной проводимости для консоли с увеличенными шинами
Fig. 11. Real component of the complex conductivity for the console with enlarged buses
ки для ЧЭ с увеличенными шинами ВШП и внутренним радиусом 2000 мкм представлен на рис. 11.
При сравнении рис. 4 и 11 видно, что увеличение шин мало сказывается на частотной характеристике образца (незначительное увеличение амплитуды пика). Этими изменениями можно пренебречь, поэтому в дальнейшем принимается, что все характеристики моделей и экспериментальных образцов совпадают.
Все экспериментальные образцы выполнены на подложке из среза YX/128° ниобата лития высотой 350 мкм. На рис. 12 представлена фотография экспериментального образца под микроскопом.
На рис. 13 представлен один из образцов кольцевого резонатора с внутренним радиусом ВШП 1000 мкм, а на рис. 14-15 - графики АЧХ для двух экспериментальных образцов ПАВ-резонатора с таким радиусом.
Сравнивая рис. 3 и 14, можно утверждать, что модель, построенная ранее, адекватна, поскольку графики имеют одинаковый вид и ча-
Рис. 12. Структура ВШП под микроскопом в проходящем свете
Fig. 12. Interdigital transducer structure under a microscope in transmitted light
Рис. 13. Образец кольцевого резонатора с внутренним радиусом ВШП 1000 мкм
Fig. 13. A ring resonator sample with an inner radius of the interdigital transducer of 1000 ^m
стоты резонанса модели (207.99 МГц) и экспериментального образца (218.17 МГц у образца 1) отличаются менее, чем на 5 %. Образова-
ние второй гармоники в окрестностях частоты резонанса связано с неверным способом закрепления ЧЭ.
Также были изготовлены образцы кольцевого резонатора с внутренним радиусом ВШП в 2000 и 3000 мкм. Полученные данные представлены в табл. 6. Стоит отметить, что расхождение значений резонансных частот, полученных экспериментально и в результате моделирования, может быть вызвано как допущениями, сделанными в процессе моделирования, так и неточностью закрепления ЧЭ на основании.
Вывод. Чувствительность и максимальное выдерживаемое ускорение ЧЭ кольцевого резонатора на ПАВ прямо зависят от отношения радиуса консоли к ее высоте, причем чем выше чувствительность - тем ниже максимальное вы-
Табл. 6. Сравнение частот резонанса моделей и экспериментальных образцов
Tab. 6. Comparison of resonance frequencies of models and experimental samples
Радиус, мкм Модель Образец Расхождение, %
1000 207.99 МГц 218.17 МГц 4.67
2000 104.10 МГц 109.23 МГц 4.69
3000 68.99 МГц 72.88 МГц 5.34
Рис. 14. Амплитудно-частотная характеристика для образца 1 кольцевого резонатора с внутренним радиусом ВШП 1000 мкм
Fig. 14. Frequency response for sample 1 of a ring resonator with an inner radius of the interdigital transducer of 1000 ^m
Рис. 15. Амплитудно-частотная характеристика для образца 2 кольцевого резонатора с внутренним радиусом ВШП
1000 мкм со схемой согласования
Fig. 15. Frequency response for sample 2 of a ring resonator with an interdigital transducer inner radius of 1000 цт
with a matching circuit
держиваемое ускорение. Для каждого материала данные зависимости уникальны.
Размер шины ВШП слабо влияет на частотные характеристики.
Ранее представленное компьютерное моделирование удалось подтвердить экспериментальными образцами с расхождением частот резонанса менее, чем 5.5 %.
Список литературы
1. Nitride-based materials for flexible MEMS tactile and flow sensors in robotics / C. Abels, V M. Mastro-nardi, F. Cuido, T. Dattoma, A. Qualtieri, W. M. Megill, M. De Vittorio, F. Rizzi // Sensors. 2017. Vol. 17, № 5. P. 1080. doi: 10.3390/s17051080
2. Shock-induced aluminum nitride based MEMS energy harvester to power a leadless pacemaker / N. Jackson, O. Z. Olszewski, C. O'Murchu, A. Mathew-son // Sensors and Actuators A: Physical. 2017. Vol. 264. P. 212-218. doi: 10.1016/j.sna.2017.08.005
3. Sheikh S. A., Nadu H. A Novel Robotics and MEMS Artificial Intelligence based Train Safety Device // 2nd Intern. Conf. on Smart Electronics and Communication (ICOSEC). Piscataway: IEEE, 2021. P. 1-5. doi: 10.1109/IC0SEC51865.2021.9591761
4. A multi-source early warning system of MEMS based wireless monitoring for rainfall-induced landslides / Z. Yang, W. Shao, J. Qiao, D. Huang, H. Tian, X. Lei, T. Uchumura // Applied Sciences. 2017. Vol. 7, № 12.
P. 1234. doi: 10.3390/app7121234
5. Laser beam scanning based AR-display applying resonant 2D MEMS mirrors / O. Petrak, F. Schwarz, L. Pohl, M. Reher, C. Janicke, J. Przytarski, F. Senger, J. Albers, T. Giese, L. Ratzmann, P. Blicharski, S. Ma-rauska, T. von Wantoch, U. Hofmann // Optical Architectures for Displays and Sensing in Augmented, Virtual, and Mixed Reality (AR, VR, MR) II. 2021. Vol. 11765. P. 15-32. doi: 10.1117/12.2579695
6. Invisible experience to real-time assessment in elite tennis athlete training: Sport-specific movement classification based on wearable MEMS sensor data / M. Wu, R. Wang, Ya. Hu, M. Fan, Yu. Wang, Ya. Li, Sh. Wu // Proc. of the Institution of Mechanical Engineers, Pt P: J. of Sports Engineering and Technology. 2021. P. 17543371211050312. doi: 10.1177/17543371211050312
7. Сысоева С. Автомобильные акселерометры. Ч. 2: Автомобильные акселерометры - ключевые фигуры систем безопасности и комфорта // Компо-
ненты и технологии. 2005. Т. 9. URL: https://kit-e.ru/sensor/avtomobilnye-akselerometry-chast-2/ (дата обращения 21.08.2022)
8. Apple Watch Series 8 // Apple Inc. URL: https://www.apple.com/uk/apple-watch-series-8/ (дата обращения 20.09.2022)
9. iPhone 14 Pro and 14 Pro Max - Technical Specifications // Apple Inc. URL: https://www.apple.com/uk/ iphone-14-pro/specs/ (дата обращения 20.09.2022)
10. DualSense wireless controller. The innovative new controller for PS5 // PlayStation. URL: https://www.playstation.com/en-gb/accessories/dualsense-wireless-controller/ (дата обращения 21.08.2022)
11. Mavic 3 - Характеристики // DJI. URL: https://www.dji.com/ru/mavic-3/specs (дата обращения 21.08.2022)
12. Morgan D., Paige E. G. S. Propagation effects and materials // Surface Acoustic Wave Filters. 2nd ed. Oxford: Academic Press, 2007. P. 87-113. doi: 10.1016/B978-0-12-372537-0.X5000-6
13. Доберштейн С. А., Гончаров И. В. Микроакустика: техника ПАВ и ОАВ в АПОИ. Влияние МЭМС-технологий на АПОИ // Радиотехника, Электроника и Связь (" РЭиС-2011"), Омск, 05-08 июля 2011 г. / Омский научно-исследовательский ин-т приборостроения. Омск, 2011. С. 403-411.
14. Multi-mode love-wave SAW magnetic-field sensors / Ju. Schmalz, A. Kittmann, Ph. Durdaut, B. Spetz-ler, F. Faupel, M. Hoft, E. Quandt, M. Gerken // Sensors. 2020. Vol. 20, № 12. P. 3421. doi: 10.3390/s20123421
15. High-temperature SAW resonator sensors: Electrode design specifics / S. A. Zhgoon, A. S. Shvetsov, S. A. Sakharov, O. Elmazria // IEEE transactions on ultrasonics, ferroelectrics, and frequency control. 2018. Vol. 65, № 4. P. 657-664. doi: 10.1109/TUFFC.2018.2797093
16. Advances in SAW-based gas sensors / C. Caliendo, P. Verardi, E. Verona, A. D'amico, C. Di Natale, G. Saggio, M. Serafini, R. Paolesse, S. E. Huq // Smart materials and structures. 1997. Vol. 6, № 6. P. 689. doi: 10.1088/0964-1726/6/6/005
17. Properties of SAW vibration sensors applicable in the field of power engineering / A. A. Merkulov, S. A. Zhgoon, A. S. Shvetsov, N. A. Belyankin // 3rd Intern. Youth Conf. on Radio Electronics, Electrical and Power Engineering (REEPE). Piscataway: IEEE, 2021. P. 1-5. doi: 10.1109/REEPE51337.2021.9388033
18. Physical principles of a piezo accelerometer sensitive to a nearly constant signal / V Gupalov, A. Ku-kaev, S. Shevchenko, E. Shalymov // Sensors. 2018. Vol. 18, № 10. P. 3258. doi: 10.3390/s18103258
19. The effect of a rotating medium on bulk acoustic wave polarization: From theoretical considerations to perspective angular motion sensor design / Ya. Durukan, M. Shevchenko, A. Peregudov, E. Popkova, S. Shevchenko // Sensors. 2020. Vol. 20, № 9. P. 2487. doi: 10.3390/s20092487
20. 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. P. 141.doi: 10.3390/electronics8020141
21. Shevchenko S. Yu., Mikhailenko D. A., Markelov O. A. Comparison of AN vs. SIO2/LiNbO3 membranes as sensitive elements for the SAW-based acceleration measurement: Overcoming the anisotropy effects // Sensors. 2020. Vol. 20, № 2. P. 464. doi: 10.3390/s20020464
22. Shevchenko S. Yu., Mikhailenko D. A. Topolog-ical Optimization of Circular SAW Resonators: Overcoming the Discreteness Effects // Sensors. 2022. Vol. 22, № 3. P. 1172. doi: 10.3390/s22031172
Информация об авторах
Шевченко Сергей Юрьевич - кандидат технических наук (2007), доцент (2013) кафедры лазерных измерительных и навигационных систем 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 Ф, Санкт-Петербург, 197022, Россия E-mail: syshevchenko@mail.ru https://orcid.org/0000-0002-4047-7757
Михайленко Денис Андреевич - аспирант кафедры лазерных измерительных и навигационных систем Санкт-Петербургского государственного электротехнического университета "ЛЭТИ" им. В. И. Ульянова (Ленина). Автор 6 научных работ. Сфера научных интересов - микромеханические системы навигации и компьютерное моделирование физических процессов.
Адрес: Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет "ЛЭТИ" им. В. И. Ульянова (Ленина), ул. Профессора Попова, д. 5 Ф, Санкт-Петербург, 197022, Россия E-mail: kratosloaded@mail.ru https://orcid.org/0000-0001-8274-1475
References
1. Abels C., Mastronardi V M., Cuido F., Datto-ma T., Qualtieri A., Megill W. M., De Vittorio M., Riz-zi F. Nitride-Based Materials for Flexible MEMS Tactile and Flow Sensors in Robotics. Sensors. 2017, vol. 17, no. 5, p. 1080. doi: 10.3390/s17051080
2. Jackson N., Olszewski O. Z., O'Murchu C., Mathewson A. Shock-Induced Aluminum Nitride Based MEMS Energy Harvester to Power a Leadless Pacemaker. Sensors and Actuators A: Physical. 2017, vol. 264, pp. 212-218. doi: 10.1016/j.sna.2017.08.005
3. Sheikh S. A., Naidu H. A Novel Robotics and MEMS Artificial Intelligence based Train Safety Device // 2nd Intern. Conf. on Smart Electronics and Communication (ICOSEC). Piscataway, IEEE, 2021, pp. 1-5. doi: 10.1109/IC0SEC51865.2021.9591761
4. Yang Z., Shao W., Qiao J., Huang D., Tian H., Lei X., Uchumura T. A Multi-Source Early Warning System of MEMS Based Wireless Monitoring for Rainfall-Induced Landslides. Applied Sciences. 2017, vol. 7, no. 12, p. 1234. doi: 10.3390/app7121234
5. Petrak O., Schwarz F., Pohl L., Reher M., Janicke C., Przytarski J., Senger F., Albers J., Giese T., Ratzmann L., Blicharski P., Marauska S., von Wantoch T., Hofmann U. Laser Beam Scanning Based AR-Display Applying Resonant 2D MEMS Mirrors. Optical Architectures for Displays and Sensing in Augmented, Virtual, and Mixed Reality (AR, VR, MR) II. 2021, vol. 11765, pp. 15-32. doi: 10.1117/12.2579695
6. Wu M., Wang R., Hu Ya., Fan M., Wang Yu., Li Ya., Wu Sh. Invisible Experience to Real-Time Assessment in Elite Tennis Athlete Training: Sport-Specific Movement Classification Based on Wearable MEMS Sensor Data. Proc. of the Institution of Mechanical Engineers, Part P: J. of Sports Engineering and Technology. 2021, p. 17543371211050312. doi: 10.1177/17543371211050312
7. Sysoeva S. Automotive Accelerometers. Part 2. Automotive Accelerometers - Key Figures in Safety and Comfort Systems. Components and Technologies. 2005, vol. 9. Available at: https://kit-e.ru/sensor/avtomobilnye-akselerometry-chast-2/ (accessed 21.08.2022) (In Russ.).
8. Apple Watch Series 8. Apple Inc. Available at: https://www.apple.com/uk/apple-watch-series-8/ (accessed 20.09.2022)
9. iPhone 14 Pro and 14 Pro Max - Technical Specifications. Apple Inc. Available at: https://www.apple.com/ uk/iphone-14-pro/specs/ (accessed 20.09.2022)
10. DualSense Wireless Controller. The Innovative New Controller for PS5. PlayStation. Available at: https://www.playstation.com/en-gb/accessories/dualsense-wireless-controller/ (accessed 21.08.2022)
11. Mavic 3 - Specs. DJI. Available at: https://www.dji.com/mavic-3/specs (accessed 21.08.2022)
12. Morgan D., Paige E. G. S. Propagation Effects and Materials. Surface Acoustic Wave Filters. 2nd ed.
Oxford, Academic Press, 2007, pp. 87-113. doi: 10.1016/B978-0-12-372537-0.X5000-6
13. Dobershtein S. A., Goncharov I. V Mikroakusti-ka: tekhnika PAV i OAV v APOI. Vliyaniye MEMS-tekhnologiy na APOI [Microacoustics: SAW and BAW Techniques in APOI. Influence of MEMS-Technologies on APOI]. Radiotekhnika, Elektronika i Svyaz' ("REiS-2011"), Omsk, 05-08 July 2011. Omsk Research Institute of Instrument Engineering, 2011, pp. 403-411. (In Russ.)
14. Schmalz Ju., Kittmann A., Durdaut Ph., Spetzler B., Faupel F., Hoft M., Quandt E., Gerken M. Multi-mode Love-Wave SAW Magnetic-Field Sensors. Sensors. 2020, vol. 20, no. 12, p. 3421. doi: 10.3390/s20123421
15. Zhgoon S. A., Shvetsov A. S., Sakharov S. A., Elmazria O. High-Temperature SAW Resonator Sensors: Electrode Design Specifics. IEEE Transactions on Ultrasonics, Ferroelectrics, and Frequency Control. 2018, vol. 65, no. 4, pp. 657-664. doi: 10.1109/ TUFFC.2018.2797093
16. Caliendo C., Verardi P., Verona E., D'amico A., Di Natale C., Saggio G., Serafini M., Paolesse R., Huq S. E. Advances in SAW-Based Gas Sensors. Smart Materials and Structures. 1997, vol. 6, no. 6, p. 689. doi: 10.1088/0964-1726/6/6/005
17. Merkulov A. A., Zhgoon S. A., Shvetsov A. S., Belyankin N. A. Properties of SAW Vibration Sensors Applicable in the Field of Power Engineering. 3rd Intern. Youth Conf. on Radio Electronics, Electrical and Power Engineering (REEPE). Piscataway, IEEE, 2021, pp. 1-5. doi: 10.1109/REEPE51337.2021.9388033
18. Gupalov V., Kukaev A., Shevchenko S., Shalymov E. Physical Principles of a Piezo Accelerome-ter Sensitive to a Nearly Constant Signal. Sensors. 2018, vol. 18, no. 10, p. 3258. doi: 10.3390/s18103258
19. Durukan Ya., Shevchenko M., Peregudov A., Popkova E., Shevchenko S. The Effect of a Rotating Medium on Bulk Acoustic Wave Polarization: From Theoretical Considerations to Perspective Angular Motion Sensor Design. Sensors. 2020, vol. 20, no. 9, p. 2487. doi: 10.3390/s20092487
20. 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, p. 141.doi: 10.3390/electronics8020141
21. Shevchenko S. Yu., Mikhailenko D. A., Markelov O. A. Comparison of AlN vs. SIO2/LiNb03 Membranes as Sensitive Elements for the SAW-Based Acceleration Measurement: Overcoming the Anisotropy Effects. Sensors. 2020, vol. 20, no. 2, p. 464. doi: 10.3390/s20020464
22. Shevchenko S. Yu., Mikhailenko D. A. Topolog-ical Optimization of Circular SAW Resonators: Overcoming the Discreteness Effects. Sensors. 2022, vol. 22, no. 3, p. 1172. doi: 10.3390/s22031172
Information about the authors
Sergey Yu. Shevchenko, Cand. Sci. (2007), Associate Professor (2013) at the 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 F, Professor Popov St., St Petersburg 197022, Russia
E-mail: syshevchenko@mail.ru
https://orcid.org/0000-0002-4047-7757
Denis A. Mikhailenko, Postgraduate student of the Department of Laser Measurement and Navigation Systems of Saint Petersburg Electrotechnical University. The author of 6 scientific publications. Area of expertise: microme-chanical navigation systems and computer simulation of physical processes.
Address: Saint Petersburg Electrotechnical University, 5 F, Professor Popov St., St Petersburg 197022, Russia
E-mail: kratosloaded@mail.ru
https://orcid.org/0000-0001-8274-1475
