Проаналізовано наявні методи вимірювання пришвидшень, наведено сучасні дослідження з даної тематики та розроблено новий метод у вигляді електричної схеми з використанням генератора стабільної частоти. Серед уже відомих методів виділено три такі групи – на підставі компенсаційних акселерометрів з дискретним виходом, на підставі акселерометрів з аналого-цифровим перетворювачем та методи вимірювання з використанням навісних елементів. Основною відмінністю запропонованого методу від наявних є використання в його схемі двох резонансних контурів із вбудованими давачі ємності, розроблених за технологіями мікроелектромеханічної системи. Описано принцип роботи пристрою вимірювання пришвидшення, наведено його структурні схеми та проаналізовано особливості функціонування його складових. Наведено основні переваги застосування запропонованого методу та описано його технічну відмінність від уже впроваджених, що полягає також у використанні додаткового трансформатора. На підставі запропонованого методу вимірювання пришвидшення у вигляді електричної схеми досліджено робочі частотні характеристики пристрою, описано етапи перетворення сигналів акселерометра та наведено форми вхідних і вихідних сигналів. Використання двох резонансних кіл у вбудованих давачах потужності та генератора стабільних частот у схемі приладу вимірювання пришвидшення дає змогу визначати зміни частотних характеристик у резонансних контурах з мінімальними змінами потужності в ємнісних давачах. Остаточне значення частоти є лінійним в діапазоні частот акселерометра, оскільки частотні характеристики першого і другого резонансних кіл є зворотними і симетричними відносно горизонтальної осі. Особливістю розробленого нового методу вимірювання пришвидшень є можливість використання цієї схеми при дуже низьких вхідних напругах. Завдяки запропонованому методу можна досягти підвищення точності вимірювання пришвидшення, розширення робочих можливостей самого пристрою, а це дає змогу застосовувати його в умовах вібрації та зміни положення.
[1] Korvink, Jan, & Paul, Oliver (2006). MEMS: A practical guide of design, analysis, and applications. Springer, 965.
https://doi.org/10.1007/978-3-540-33655-6
[2] Teslyuk, V., Pereyma, M., Denysyuk, P., & Chimich, I. (2006). Computer-aided system for MEMS design "ProMIP". Proc. of the 2nd Inter. Conf. of Young Scientists "Perspective Technologies and Methods in MEMS Design" (MEMSTECH), 49-52.
https://doi.org/10.1109/MEMSTECH.2006.288661
[3] Petersen, K. (2005). A new age for MEMS. Solid - state sensors, actuators and microsystems (TRANSDUCER'05): Proc. of the 13-th Intern. Conf. Digest of Technical Papers, 1, 1-4.
[4] Keller, J. (2006). DARPA approaches industry for ideas for unmanned underwater surveillance technology. Military & Aerospace Electronics. Retrieved from: https://www.militaryaerospace.com/communications/article/16708779/darpa-...
[5] Saha, I., Islam, R., Kanakaraju, K., et al. (1999). Silicon micromachined accelerometers for space inertial systems. SPIE: Proc. of the Intern. Conf. Bellingham, 3903, 162-170.
https://doi.org/10.1117/12.369456
[6] Zhang, X. М., Chau, F. S., Quan, C., et al. (2001). A study of the static characteristic of a torsional micromirror. Sensors and Actuators A, 90, 73-81.
https://doi.org/10.1016/S0924-4247(01)00453-8
[7] Batko, W., Felis, J., Flach, A., Kamisiński, T., Giesko, T., & Zbrowski, A. (2008). A concept of an actuator for the positioning measurement system in an anechoic room. Archives of Acoustics, 33(2), 201-207. Retrieved from: https://www.infona.pl/resource/bwmeta1.element.baztech-article-BATA-0002...
[8] Gang, Z. (1998). Design and Simulation of A CMOS-MEMS Accelerometer. Department of Electrical and Computer Engineering. Carnegie Mellon University, 40. Retrieved from: https://research.ece.cmu.edu/~mems/pubs/pdfs/ece/ms_thesis/0049_zhang-19...
[9] Partridge, A., Reynolds, J. K., Chui, B. W., et al. (2000). A High - performance planar piezoresistive accelerometer. Journal of microelectromechanical systems, 9(1), 58-66.
https://doi.org/10.1109/84.825778
[10] Szermer, Michał, Napieralski, Andrzej, Szaniawski, Krzysztof, Olszacki, Michał, & Maj, Cezary. (2009). Sensors and actuators in MEMS technologies as the elements of mechatronics. Przeglad Elektrotechniczny, 9, 279-286.
[11] Rehman, Abdul, Muhammad, Javed, Sarwar, Usman, Khan, Suleman, Iwendi, Celestine, Mittal, Mohit, & Kumar, Neeraj. (2020). Analyzing the effectiveness and contribution of each axis of tri-axial accelerometer sensor for accurate activity recognition. Sensors, 20(8), 2216.
https://doi.org/10.3390/s20082216
[12] Leoni Santos, Guto, Takako Endo, Patricia, Henrique de Carvalho Monteiro, Kayo, et al. (2019). Accelerometer-based human fall detection using convolutional neural networks. Sensors, 19(7), 1644.
https://doi.org/10.3390/s19071644
[13] Mustafazade, A., Pandit, M., Zhao, C., et al. (2020). A vibrating beam MEMS accelerometer for gravity and seismic measurements. Sci Rep 10, 10415.
https://doi.org/10.1038/s41598-020-67046-x
[14] Farrahia, Vahid, Niemeläabc, Maisa, Kangasac, Maarit, Korpelainencde, Raija, & Jämsä, Timo. (2019, February). Calibration and validation of accelerometer-based activity monitors: A systematic review of machine-learning approaches. Gait & Posture, 68, 285-299.
https://doi.org/10.1016/j.gaitpost.2018.12.003
[15] Pang-jo, Chun, Tatsuro, Yamane, Shota, Izumi, & Naoya, Kuramoto. (2020). Development of a machine learning-based damage identification method using multi-point simultaneous acceleration measurement results. Sensors, 20, 2780.
https://doi.org/10.3390/s20102780
[16] Glazov, A. V. (1974, Apr.). Compensation accelerometers with discontinuous output. SU1839856.
[17] Glazov, A. V., & Smirnov E. S. (1978, Sep.). Compensation accelerometers with discontinuous output. SU1839853.
[18] Glazov, A. V., & Smirnov, E. S. (1985, Nov.). Method of measuring linear acceleration. SU1839979.
[19] Glazov, A. V., & Koptilin, V. A. (1987, Feb.). Method of measuring linear acceleration. SU1839889.
[20] Glazov, A. V., & Smirnov, E. S. (1981, Feb.). Method of measuring acceleration. SU1839852.
[21] Sumarokov, V. V., & Mumin, O. L. (1998). Body displacement meter RU2175114 07.
[22] Zagaryuka, R. V., Ivantsiva, R.-A. D., & Lobura, M. V. (2009). Patent 88405, Ukraine. G01P 15/125. Device for measuring acceleration. Applicant and owner of the Lviv Research Radio Technical Institute, Lviv Polytechnic National University. No. a 2008 03858; application 03/27/08; published 12.10.09, Bull. No. 19.
[23] Teslyuk, V., Kushnir, Yu., Zaharyuk, R., & Pereyma, M. (2007). A computer aided analysis of a capacitive accelerometer parameters. The Experience of Designing and Application of CAD Systems in Microelectronics. Proceedings of the 9th International Conference, CADSM, 548-550.
https://doi.org/10.1109/CADSM.2007.4297649